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Nitrure d'indium

Le nitrure d'indium (InN) est un semi-conducteur III-V constitué d'azote (N) et d'indium (In).

Nitrure d'indium
Image illustrative de l’article Nitrure d'indium
__ In __ N
Identification
Nom UICPA Nitrure d'indium
No CAS 25617-98-5
No ECHA 100.042.831
No CE 247-130-6
SMILES
InChI
Propriétés chimiques
Formule InN [Isomères]
Masse molaire[1] 128,825 ± 0,003 g/mol
In 89,13 %, N 10,87 %,
Propriétés électroniques
Bande interdite 0,692 ± 0,002 eV (direct)[2]
Cristallographie
Système cristallin Wurtzite (α, stable)
Blende (β, métastable)[2]
Paramètres de maille a0 = 0,354 4 nm, c0 = 0,571 8 nm(α)
a0 = 0,498 nm (β)[2]
Volume 6,81 g·cm-3 (α)
6,93 g·cm-3 (β)[2]
Propriétés optiques
Indice de réfraction 2,9-3,05[2]
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Propriétés

Le nitrure d'indium existe sous deux formes cristallines[2]:

  • la forme α, stable qui a une structure cristalline de type wurtzite (hexagonale compacte) ;
  • la forme β, métastable qui a une structure cristalline de type blende (cfc).

Seule la forme α a pour l'instant été étudiée en détail, même si on sait que la forme β est aussi semi-conductrice, avec un gap direct.

Structure de bandes

Après plusieurs années de controverse, la structure de bande du nitrure d'indium est maintenant bien établie. En particulier, l'obtention par épitaxie à jet moléculaire de cristaux de grande pureté a permis la mesure avec une grande précision des paramètres de bandes au voisinage du gap fondamental : InN est un semi-conducteur à gap direct, d'une valeur de 0,67 eV à 300 K pour un dopage résiduel aux alentours de 1017 cm-3. La masse effective des électrons a été mesurée grâce à l'étude des oscillations quantiques de Shubnikov-de Haas et l'observation d'oscillations de la magnéto-absorption et vaut 0,055 m0[3] - [4]. La bande de conduction est par ailleurs fortement non-parabolique.

Conductivité

Des études ont révélé que le nitrure d'indium avait une conductivité électrique élevée par rapport aux autres semi-conducteurs de même type[5]. Deux hypothèses ont été émises pour expliquer cette conductivité : une oxydation ou un phénomène de courbures de bandes, chaque hypothèse ayant pour conséquence une accumulation d'électrons en surface. Pour le moment, la piste de la courbure de bande est de loin la plus probable. En 2001, W. Waluckiewicz[6] a introduit un modèle faisant appel à l'énergie de stabilisation de Fermi qui relie les défauts de surface au phénomène d'ancrage (pinning) du niveau d'énergie de Fermi à la surface du semi-conducteur.

Production

Le nitrure d'indium est produit par épitaxie par jets moléculaires (MBE), mais plusieurs problèmes se présentent lors de sa croissance on rencontre de nombreuses difficultés de croissance[7] - [8] - [9] - [10] - [11] :

  • le manque de substrats possédant un faible désaccord de maille
  • une basse température de dissociation de l'InN
  • une haute pression de vapeur d'azote en présence d'InN

Alliages ternaires

Il est possible de combiner le nitrure d'indium avec le nitrure de gallium GaN, pour obtenir un composé ternaire, le nitrure de gallium-indium (InxGa1-xN). En fonction du ratio d'indium et de gallium, la bande interdite d'un tel composé peut varier entre de 0,7 à 3,4 eV, ce qui couvre le spectre visible. ce gap étant de plus direct, ce composé est idéal pour les applications opto-électroniques, cellules photovoltaïques ou diodes électroluminescentes (LED).

Notes et références
  1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  2. Propriétés de InN sur semiconductors.co.uk
  3. Electron cyclotron effective mass in indium nitride, M. Goiran, M. Millot, J.-M. Poumirol, et al., Appl. Phys. Lett. 96, 052117 (2010); doi:10.1063/1.3304169
  4. Determination of effective mass in InN by high-field oscillatory magnetoabsorption spectroscopy. Marius Millot, Nicolas Ubrig, Jean-Marie Poumirol, Iulian Gherasoiu, Wladek Walukiewicz, Sylvie George, Oliver Portugall, Jean Léotin Michel Goiran and Jean-Marc Broto doi:10.1103/PhysRevB.83.125204
  5. M. Higashiwaki et T. Matsui, Journal of Crystal Growth 252, 128 (2003)
  6. W. Walukiewicz, Physica B 302-303, 123 (2001)
  7. J. Grandal et M.A. Sánchez-García, Journal of Crystal Growth 278, 373 (2005)
  8. T. Yodo, H. Yona, H. Ando, D. Nosei et Y. Harada, Appl. Phys. Lett. 80, 968 (2002)
  9. M. Higashiwaki et T. Matsui, Journal of Crystal Growth 251, 494 (2003)
  10. I-h. Ho et G.B. Stringfellow, Appl.Phys.Lett. 69, 2701 (1996)
  11. S.X. Li, K.M. Yu, J. Wu, R.E. Jones, W. Walukiewicz, J.W. Ager III, W. Shan, E.E. Haller, Hai Lu, William J. Schaff, Physica B 376, 432 (2006)

Voir aussi

Articles connexes
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