I.1.4. Propriétés électriques de
ZnO
ZnO possède des propriétés
piézoélectriques dues à sa symétrie axiale [28].
C'est également un semi-conducteur II-VI intrinsèquement de type
n. Le type p est très difficile à obtenir. Récemment il a
été préparé, à partir de méthodes
physiques [29] mais il n'a jamais été synthétisé
à partir d'une méthode en solution. C'est un semi-conducteur
dégénéré de type
n, La grande conductivité des couches d'oxydes ZnO purs
est due à la forte concentration en porteurs (électrons),
étant donné que la mobilité dans ces couches est
considérablement plus faible que celle en volume du matériau
correspondant. La forte concentration en électrons est attribuée
à la déviation par rapport à la stoechiométrie (ou
défauts dans la structure).
Il y a une certaine anomalie dans la littérature
concernant l'énergie du gap. Srikant et Clarke [30] suggèrent que
le gap d'énergie de ZnO à la température ambiante est de
3,3 eV, tandis qu'une bande de valence à la transition de
niveau de donneur à 3,15 eV explique le fait qu'une valeur
faible plus (typiquement 3,2 eV) est souvent rapportée.
Ainsi, le gap de ZnO à température ambiante est
compris entre 3,2 et 3,3 eV.
Une conductivité élevée (> 5.103
?-1.cm-1) est possible dans ZnO de
type n en raison des défauts intrinsèques, des dopants (Al, In,
Ga, B, F, autres) ou en combinaison [31].
Les mobilités des électrons dans des couches
minces de ZnO rapportées, sont typiquement de l'ordre de 20 à 30
cm2/V.s. En outre, la mobilité maximale
obtenue dans les cristaux simples de ZnO est de l'ordre de 200
cm2/V.s.
La réaction de formation de ZnO (stoechiométrique)
est la suivante :
La conductivité de type p a été
découverte pour la première fois par Aoki et al. en 2001 [32]. Il
est possible de modifier largement les propriétés d'oxyde de zinc
par dopage :
- soit en s'écartant de la stoechiométrie ZnO,
principalement par l'introduction d'atomes de zinc en excès en position
interstitielle, ou par la création de lacunes d'oxygène (les
centres créés se comportent alors comme des donneurs
d'électrons) [33] ;
- soit en substituant des atomes de zinc ou d'oxygène
du réseau par des atomes étrangers de valence différente
(élément du groupe III, F-, Cl-).
Il est intéressant de noter ici que le dopage de ZnO
avec l'aluminium fait diminuer la concentration de Zn en position
interstitielle, réduisant de ce fait la rapidité d'oxydation du
Zn [34]. Ce phénomène peut revêtir une grande importance
puisque cela réduirait considérablement l'adsorption
d'oxygène qui a été une des causes principales de
limitation de l'utilisation de ZnO comme conducteur transparent.
En pratique, on obtient uniquement par dopage une semi
conductivité de type n. Les taux de dopage obtenus peuvent être
très élevés (de l'ordre de 1020
atomes/cm3), permettant d'atteindre des résistivités
très faibles (de l'ordre de 10-4 ?. cm) [35].
De nombreuses études ont montré qu'un traitement
thermique adéquat après la croissance des cristaux de ZnO (recuit
à haute température) peut changer considérablement les
propriétés électriques des cristaux, Par exemple il a
été remarqué que pour des cristaux de ZnO
présentant une haute résistivité et avec une grande
concentration des porteurs de charge [36- 38], un traitement sous air ou sous
oxygène donne un effet opposé pour des cristaux de faible
résistivité [39,40].
| 
