Contribution à la compréhension des propriétés, des méthodes de synthèses et des applications du ZnO nanostructuré

Abstract

Au cours des 10 dernières années, ZnO en tant que semi-conducteur a attiré beaucoup d’attention en raison de ses propriétés uniques, telles que la grande mobilité des électrons, la largeur de la bande interdite directe et une grande énergie de liaison excitonique. Le ZnO a été considéré comme un matériau prometteur pour les applications de dispositifs optoélectroniques, et les fabrications de ZnO de type-p et de jonction p–n de haute qualité sont les étapes clés pour réaliser ces applications. Cependant, le dopage fiable de type-p du matériau reste un défi majeur en raison de l’auto-amplification de défauts de donneur natifs (VO et Zni) et/ou l’incorporation d’hydrogène. Des efforts considérables ont été faits pour obtenir le ZnO de type p en le dopant par différents éléments et avec différentes techniques. Des progrès remarquables ont été réalisés, tant théoriques, qu’expérimentales. Dans ce travail, nous discuterons les matériaux ZnO type-p tenant compte de la théorie, la croissance, les propriétés et les dispositifs, de manière exhaustive. Nous discuterons en premier lieu les défauts natifs dans le ZnO. Parmi les défauts natifs dans ZnO, VZn et Oi agissant comme des accepteurs. Nous présentons ensuite la théorie du dopage de type p dans le ZnO, et résumons les techniques de croissance pour le ZnO de type p et les propriétés des matériaux de type p. Théoriquement, les principes de sélection des dopants de type p, de la méthode de co-dopage et du modèle accepteur XZn–2VZn sont introduits. De façon expérimentale, outre le ZnO de type p intrinsèque synthétisé dans un milieu riche en O, des matériaux de type p (MgZnO) ont été préparés par diverses techniques utilisant des éléments des groupes I, IV et V. Nous accordons une attention particulière à la bande interdite du ZnO de type p, par l’ingénierie de la bande-interdite et le ferromagnétisme à température ambiante observé dans le ZnO de type p. Enfin, nous résumons les dispositifs basés sur ses matériaux de type p.