Nouvelle méthode d'étude, par spectroscopie hertzienne, des défauts de réseau du semi conducteur ZnO

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Nouvelle méthode d’étude, par spectroscopie hertzienne,

des défauts de réseau du semi conducteur ZnO

Marie Freymann, René Freymann

To cite this version:

589

Nous

poursuivons

nos travaux _pour

_préciser,

en

particulier,

les effets de

_température

et de

la

concen-tration

en

_méthylal.

[1]

MAXE R. - .l.

Physique

RU(1. ,

194(),

6,

1 1 > )- 1 b ô.

[2J

GRENOX et VIALLARD R. - J.

Physique Rad., 1 t)J J,

5,

3 io-3 I.

l3J

MAC KNIGHT 1B1.

L.

et CIIASSON R. L. - Rev. Sc.

Ig5I,

22,

~oo.

BLANC D. et SCHERER IVL - C. R. Acad’.

Sc.,

1949, 228,

20I ô-2020. BLANC D. - J.

Physique

Rad.,

12,

Manuscrit reçu le G

septembre

,

NOUVELLE

MÉTHODE

D’ÉTUDE,

PAR

SPECTROSCOPIE

_HERTZIENNE,

DES

DÉFAUTS

DE

RÉSEAU

DU SEMI CONDUCTEUR ZnO Par Mme

Marie

FREYMANN

et M. René

_FREYMANN,

Faculté des

Sciences,

Rennes.

Nous avons

_indiqué,

dans des

_publications

anté-rieures

_[1],

l’existence d’une nouvelle méthode

d’étude des

_défauts

dans

la

structure des soliâes :

L’étude

de

l’absorption

Debye

dans

l’ensemble

du

_spectre

hert-zien et sa

_{représentation Log}

T [2],

avec cette

hypothèse

fondamentale : Il existe au moins deux

types

distincts de

_{dipôles :}

1° Les

_dipôles

liés

à l’orientation de molécules

ou

_{groupements d’atomes;}

2° Les

_dipôles

liés aux

_{dé f auts}

de réseau.

Pour illustrer

_cette,

_conception

nous utilisions

notamment,

nos

résultats relatifs

à

_l’oxyde

d’ura-nium

_[3]

et ceux de

_Breckenridge

_[4]

relatifs

aux

halogénures.

Mais

à

_{l’exemple complexe}

des

_oxydes

d’uranium,

il

était

_préférable

de

substituer

celui,

classique

[5],

de

_l’oxyde

de

zinc : On sait

qu’en

chauf-fant

cet

_oxyde

au

_voisinage

de 1000°

C

on note des

variations

des

_{propriétés mécaniques, optiques}

et

électriques

liées au

_départ

_{d’oxygène (semi-conducteur}

type

N);

les

variations

des

_{propriétés électriques}

notamment,

ont

été étudiées

par de nombreux auteurs

(voir bibliographie

de

Miller

Jr.

_[6]

et

[5]).

Mais

ces

auteurs

avaient

_poursuivi

leurs recherches

au-dessus

de

la

_température

ordinaire

et non à basse

tempé-rature : ils observaient surtout

conductibilité

ionique

et non le

_phénomène

essentiellement distinct de

_{l’absorption Debye qui,}

aux

_fréquences

_utilisées,

se

_manifeste

à basse

_{température.}

C’est,

en

_effet,

cette

_absorption

_Debye

que nous avons _{pu mettre} en

évidence pour

_cinq

échantillons

d’un

même

oxyde

de

zinc traités

_{respectivement}

à _{1100, 1130 et}

_1190°C

₍₆

_h,

en creuset

fermé).

Nos mesures ont été faites de 1 à 1000

_kHz,

de 100 à

_2g3~

K.

La

_figure

1

_donne,

_pour

ZnO

traité à 1 go ou à 1100°

_C,

quelques

résultats

_typiques

de

variation

de

l’absorp-tion en

fonction

de la

_{température.}

La

_figure

o

résume

l’ensemble de nos

résultats

par la

représentation

Log ’i(’

- ~ [3

J

(sur

cette

_figure

2

les droites tracées

en

_{pointillé correspondent}

à des mesures

_peu

pré-cises : comme le montre la

figure

~,

la

grande

largeur

des

maximas

ne

_{permet guère}

de donner la

_position

qu’à

= ~

150

près.

Fig. 1.

~

Fîg.

°

RÉSULTATS. - 1°

_L’oxyde

Zn0

_montre,

comme

les

_oxydes

d’uranium,

de

titane,

etc.

_{l’absorption}

Debye :

déplacement

des

maxima

_{d’absorption}

vers

les

_{températures}

élevées

_quand

la

_fréquence

augmente

(nous

avons

pu

tracer

_quelques

courbes

absorption-fréquence

qui

seront

_publiées

dans un

Mémoire

_ultérieur).

Mais,

fait

que nous

n’avions

_pas

encore _{observé pour les autres}

_oxydes,

cette

absorp-tion

_{Debye présente}

deux

composantes

(I

et II sur la

figure i).

La

_figure

I _{montre que}

l’intensité

_respective

et la

_position

de ces deux

_composantes

varie

avec

la

température

du

traitement,

la

_température

et

la

fré-qllencp de mesure.

2~ La

conductibilité

_ionique

se

manifeste

au-dessus de 2250

K

environ.

30

_L’énergie

d’activation de diffusion des défauts de réseau v

_déduite

= A

exp. -

20132013,,

donc RT 1

590

de la courbe

Log

’le

- T

a, pour la

composante I,

la

valeur suivantc : traitement

i i~)oo: 6,5

kcal,

soit

o,28 eV;

traitement

4,4

kcal,

soit 0,19 eV. Les valeurs

relatives

à la

_composante

II sont du même ordre de

grandeur.

D’après

Fritsch,

un traitement à

_900°,

pendant

3o h en

_{atmosphère d’oxygène,}

sous

pres-sion,

donne

o,38

eV;

les

valeurs citées

_{par Miller Jr.} sont nettement

_plus

élevées :

il

conviendra

donc,

dans des

_{expériences ultérieures,}

d’attacher

une

importance

extrême

à

la

méthode

de

_préparation

et

à la

_pureté

de

ZnO examiné.

-Í°

La détermination du terme A de

la

formule

précédente

permettra

vraisemhlablement

de retrouver les

_{fréquences (infrarouges)}

de

vibration

du réseau cristallin

_[41;

la

détermination

de

l’intensité

de

l’absorption

permettra

par

ailleurs,

de

connaître

le nombre de défauts de réseau.

De ces

données

_{préliminaires,}

nous tirerons ces

conclusions :

_{l’hypothèse}

de l’existence de

_dipôles

liés

à

des

_défauts

de réseau est maintenant

bien

confir-mée. En

outre,

on _{voit que}

la

_{spectroscopie}

hertzienne

apporte

un nouveau

_{procédé simple}

de

déferminafion

des niveaux des bandes

_d’énergie

des

semj-conducfeurs;

cette nouvelle méthode

_spectrale

_complète

donc les don-nées des rayons X et des

spectres

optiques (fluorescence,

absorption, photoconductivité).

Par ailleurs son

intérêt

_pratique

résulte notamment de

_{l’importance}

des

semi-conducteurs

dans de nombreux

_problèmes

techniques.

[1]

A

paraître

J. Chem.

_Phys.

[2]

C. R. Acad.

Sc.,

I gSI, 232, 2~ I 2.

[3]

C.

1949, 229, ioi3;

igjo,

230,

209~;

1951,

232, ~ ~ 3 ~ ;

à

_paraître

J. Chimie

_Phys.

_(Colloque

Chan-gements

de

_phase,

Paris

_1952).

>

[-t]

J. Chem.

_Phys..,

_{1948, 16, 959; 1950,18,913.}

[5]

Voir par

exemple

SEITZ,

Théorie moderne des solides. MOTT et GURNEY Electronic Processes in ionic

crys-tals,

SHOKLEY Electrons and holes.

[6]

Semi-conducting

materials. Conference

_Reading

(But-terworths Scicntific Publications

London,

1951).

Manuscrit reçu le 8 octobre

rg5a.

REVUE DES LIVRES

LE

JOURNAL

DE PHYSIQUE ET LE RADIUM. TOME

’II3,

NOVEMBRE

_{,( ~~2,}

PAGE 090.

CAUCHOIS

_(Y.),

.Atomes.

_Spectres.

Matière

(

I vol.

19 X

i4

cm, 636 pages, Albin

Miche, Paris, Iq5’),

1800 fl. Des

cinq

parties

de ce livre,

quatre,

les

dernières,

sont

consacrées aux

_particules

et à la

_{Physique corpusculaire.}

L’auteur décrit dans la

_première

section de son

_Ouvrage

les

_{expériences qui}

ont conduit

_l’esprit

à

_{« l’hypothèse}

ato-mique ?, puis

examine les différents états de la matière de ce

_point

de vue. 1-7n

rappel

des

principes

de la

Tbermodyna-mique

termine cette

partie.

L’énumération,

la classification des

particules,

la

descrip-tion de leurs

_{propriétés occupent}

la seconde section de

l’Ou-vrage. ’

L’auteur

_rappelle

et décrit les

_expériences

fondamentales

qui

ont

permis

d’effectuer la détermination de la

charge

de l’électron et de sa

_{charge spécifique;}

il termine par une

description

de «

_quelques

méthodes

_classiques

de

spectros-copie

de masse ~.

Les informations les

plus

nombreuses et les

_{plus précises}

nous ont été fournies par la

lumière,

sur la structure des atomes et des

_molécules,

aussi la troisième

_partie

de ce livre traite-t-elle des

spectres optiques

d’atomes. Les insuffisances de l’ancienne théorie des

_quanta

ont ainsi

_imposé

l’introduc-tion de la

_Mécanique

ondulatoire et des notions de

Méca-nique

ondulatoire

_appliquées

aux électrons

_atomiques

se

placent

donc naturellement à la suite d’une étude des

spectres

d’atomes.

La dernière section est consacrée aux rayons X.

On ne saurait

porter jugement plus

autorisé que celui de

Cabannes en fin de sa

_préface.

~t Destiné aux

physicochimistes qui

doivent en

connaître,

le livre de QIIIe Cauchois sera lu avec intérêt par les

spécia-listes de toutes les branches de la

Physique

et de la

Chimie;

il les sortira de leur laboratoire et leur ouvrira de

larges

~ ’_1I.

DuPOUï

(G.), Éléments d’Optique électronique

( i vol.

x I i,1 pages, Armand

_{Colin, Paris, 1952,}

260

_f).

Cabannes affirme dans la

préface

de ce _{livre que} « l’heure était venue de faire le

_{pont »}

en

_{Optique électronique.}

Pour réaliser ce dessein l’auteur nous

rappelle

d’abord les notions élémentaires et

indispensables

à la

compréhen-sion de son

_{Ouvrage :}

action des

champs

électrique

et

magné-tique

sur le mouvement des

_{électrons; puis}

traite des lentilles

électroniques électrostatiques,

il établit les

équations

de la

trajectoire

des électrons dans un

_{champ électrique}

de révo-lution et illustre son _propos

_{d’exemples simples.}

Avant d’étudier

_{plus complètement}

la lentille

électrosta-tique symétrique

à trois

électrodes,

à

_laquelle

est consacré un

_chapitre,

l’auteur est conduit tout naturellement à nous

parler

de la détermination

_{expérimentale,}

à l’aide de la cuve

rhéographique,

de la

_répartition

du

_potentiel

et du

champ

entre les électrodes.

Les lentilles

_magnétiques

font

l’objet

des deux

_chapitres

suivants.

L’auteur passe ensuite en revue les défauts des lentilles

électroniques.

Le livre se termine par un

_chapitre

consacré au

_microscope

électronique

« l’urre des

applications

les

_plus

importantes

de

l’Optique électronique

» et une

_{bibliographie}

clot

l’ouvrage.

11. BADOZ.

MERCIER

_(A.),

_Leçons

sur les

_principes

de

l’Électro-dynamique classique (i

t vol.

i(),5 x 28,

5

cm, 74

pages,

Éditions

du

_Griffon,

Neuchatel

_(Suisse);

Éditeur

français :

Dunod,

Paris,

ig,5.».

Ce

_{petit Ouvrage}

s’adresse au lecteur

_{possédant déjà}

une connaissance

_{d’Électrodynamique}

_théorique

et

d’Électro-magnétisme.

Il a le

grand

mérite de

_préciser

de

_façon

rigou-reuse

l’axiomatique

de

_{l’ËlecLrodynamique,}

de faire une étude du rôle que doivent

jouer

les constantes E

_{et j,}

et surtout _{de bien marquer les associations par}

_couples

des

gran-deurs : champ

électrique-induction

magnétique (champ réel)

et

champ magnétique-induction électrique (champ

auxiliaire).

L’Ouvrage

se termine par une

application

à

_{l’axiomatique}