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Oxyde d'indium(III)

L'oxyde d'indium(III) (In2O3) est un composé chimique, un oxyde amphotère d'indium.

Oxyde d'indium(III)
Image illustrative de l’article Oxyde d'indium(III)
Identification
Synonymes

trioxyde d'indium, sesquioxyde d'indium
No CAS 1312-43-2
No ECHA 100.013.813
PubChem 150905
SMILES
InChI
Apparence cristaux jaunâtres à verts inodores
Propriétés chimiques
Formule In2O3In2O3
Masse molaire[1] 277,634 ± 0,007 g/mol
In 82,71 %, O 17,29 %,
Susceptibilité magnétique -56,0 Ã— 10−6 cm3/mol
Propriétés physiques
T° fusion 1 910 Â°C
Solubilité insoluble
Propriétés électroniques
Bande interdite ~3 eV (300 K)
Cristallographie
Système cristallin Cubique
Symbole de Pearson
Classe cristalline ou groupe d’espace Ia3 No. 206
Paramètres de maille a = 1,011 7(1) nm, Z = 16[2]
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Propriétés physiques

Structure cristalline

L'oxyde d'indium amorphe est insoluble dans l'eau mais soluble dans les acides, tandis que l'oxyde d'indium cristallin est insoluble dans l'eau et dans les acides. La forme cristalline existe dans deux phases, la phase cubique (type bixbyite)[2] et la phase rhomboédrique (type corindon). Les deux phases ont une bande interdite d'environ 3 eV[3] - [4]. Les paramètres de la phase cubique sont listés dans l'infobox. La phase rhomboédrique est formée à des températures et pressions élevées ou lorsque des méthodes de croissance hors équilibre sont utilisées[5]. Elle a un groupe d'espace R3c No. 167, un symbole de Pearson hR30, a = 0,548 7 nm, b = 0,548 7 nm, c = 0,578 18 nm, Z = 6 et une densité calculée de 7,31 g/cm3[6].

Conductivité et magnétisme

Les films minces d'oxyde d'indium dopé au chrome (In2−xCrxO3) sont un semi-conducteur magnétique présentant du ferromagnétisme à haute température, une structure cristalline mono-phasée et un comportement semi-conducteur avec une forte concentration de porteurs de charge. Il a des applications potentielles en spintronique comme matériau pour les injecteurs de spin[7].

Des films minces polycristallins d'oxyde d'indium dopé au Zn sont fortement conducteurs (conductivité ~105 S/m) et même supraconducteurs à la température de l'hélium liquide. La température de transition supraconductrice Tc dépend du dopage et de la structure du film et est inférieure à 3,3 K[8].

Synthèse

Des échantillons massifs peuvent être préparés en chauffant l'hydroxyde d'indium(III) ou le nitrate, le carbonate ou le sulfate[9].

Des films minces d'oxyde d'indium peuvent être préparés par pulvérisation d'une cible d'indium dans une atmosphère d'argon/oxygène. Ils peuvent être utilisés comme barrières de diffusion ("barrières métalliques") dans les semi-conducteurs, pour inhiber la diffusion entre l'aluminium et le silicium[10].

Des nanofils monocristallins ont été synthétisés à partir de d'oxyde d'indium par ablation laser, permettant un contrôle précis du diamètre jusqu'à 10 nm. Des transistors à effet de champ ont été fabriqués avec ceux-ci[11]. Les nanofils d'oxyde d'indium peuvent servir comme capteurs de protéine redox sensibles et spécifiques[12]. Le procédé sol-gel est une autre technique pour préparer les nanofils.

L'oxyde d'indium peut servir comme matériau semi-conducteur, formant des hétérojonctions avec le p-InP, le n-GaAs, le n-Si et d'autres matériaux. Une couche d'oxyde d'indium peut être déposée sur un substrat en silicium à partir d'une solution de trichlorure d'indium, une méthode utile pour la fabrication de cellules solaires[13].

Réactions

Lorsqu'il est chauffé à 700 °C, l'oxyde d'indium(III) forme In2O, (appelé oxyde d'indium(I) ou suboxyde d'indium), à 2 000 °C il se décompose[9].

Il est soluble dans les acides mais pas dans les alcalins[9].

Avec l'ammoniac à haute température, du nitrure d'indium se forme [14].

In2O3 + 2 NH3 → 2 InN + 3 H2O

Avec K2O et l'indium métal le composé K5InO4 contenant les ions tétraédriques InO45− a été obtenu[15].

En réagissant avec une famille de trioxydes de métal, il produit des pérovskites[16], par exemple :

In2O3 + Cr2O3 → 2 InCrO3

Applications

L'oxyde d'indium est utilisé dans certains types de batteries, des réflecteurs infrarouge en couche mince transparents à la lumière visible (miroirs chauds), certains revêtements optiques et certains revêtements antistatiques. Combiné avec le dioxyde d'étain, l'oxyde d'indium forme l'oxyde d'indium-étain (appelé également oxyde d'indium dopé à l'étain ou ITO), un matériau utilisé pour faire des revêtements transparents conducteurs.

Dans le domaine des semi-conducteurs, l'oxyde d'indium peut être utilisé comme un semi-conducteur de type n employé comme élément résistif dans les circuits intégrés[17].

En histologie, l'oxyde d'indium est utilisé comme constituant de certaines formulations de colorants.

Voir aussi

Références
  1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  2. (en) M. Marezio, « Refinement of the crystal structure of In2O3 at two wavelengths », Acta Crystallographica, vol. 20, no 6,‎ , p. 723–728 (DOI 10.1107/S0365110X66001749)
  3. (en) Walsh, A, JL Da Silva, SH Wei, C Körber, A Klein, LF Piper, A Demasi, KE Smith et G Panaccione, « Nature of the Band Gap of In2O3 Revealed by First-Principles Calculations and X-Ray Spectroscopy », Physical Review Letters, vol. 100, no 16,‎ , p. 167402 (PMID 18518246, DOI 10.1103/PhysRevLett.100.167402, lire en ligne)
  4. (en) P. D. C. King, F. Fuchs, Ch. Wang, D. Payne, A. Bourlange, H. Zhang, G. Bell, V. Cimalla, O. Ambacher, R. Egdell, F. Bechstedt et C. McConville, « Band gap, electronic structure, and surface electron accumulation of cubic and rhombohedral In2O3 », Physical Review B, vol. 79, no 20,‎ (DOI 10.1103/PhysRevB.79.205211)
  5. (en) The Minerals Metals & Materials Society (Tms) et The Minerals, Metals & Materials Society (TMS), TMS 2011 140th Annual Meeting and Exhibition, General Paper Selections, John Wiley and Sons, , 51– (ISBN 978-1-118-06215-9, lire en ligne)
  6. (en) Charles T. Prewitt, Robert D. Shannon, Donald Burl Rogers et Arthur W. Sleight, « C rare earth oxide-corundum transition and crystal chemistry of oxides having the corundum structure », Inorganic Chemistry, vol. 8, no 9,‎ , p. 1985–1993 (DOI 10.1021/ic50079a033)
  7. (en) « New Material Puts Its Own Spin on Electronics », Biomedical Instrumentation & Technology, vol. 40, no 4,‎ , p. 267 (DOI 10.2345/i0899-8205-40-4-267.1, lire en ligne).
  8. (en) Kazumasa Makise, Nobuhito Kokubo, Satoshi Takada, Takashi Yamaguti, Syunsuke Ogura, Kazumasa Yamada, Bunjyu Shinozaki, Koki Yano, Kazuyoshi Inoue et Hiroaki Nakamura, « Superconductivity in transparent zinc-doped In2O3 films having low carrier density », Science and Technology of Advanced Materials, vol. 9, no 4,‎ , p. 044208 (PMID 27878025, PMCID 5099639, DOI 10.1088/1468-6996/9/4/044208)
  9. (en) Downs, Anthony John, Chemistry of aluminium, gallium, indium, and thallium, Springer, (ISBN 0-7514-0103-X)
  10. (en) Kolawa, E. and Garland, C. and Tran, L. and Nieh, C. W. and Molarius, J. M. and Flick, W. and Nicolet, M.-A. and Wei, J., « Indium oxide diffusion barriers for Al/Si metallizations », Applied Physics Letters, vol. 53, no 26,‎ , p. 2644–2646 (DOI 10.1063/1.100541, lire en ligne)
  11. (en) C Li, D Zhang, S Han, X Liu, T Tang, B Lei, Z Liu et C Zhou, « Synthesis, Electronic Properties, and Applications of Indium Oxide Nanowires », Annals of the New York Academy of Sciences, vol. 1006,‎ , p. 104–21 (PMID 14976013, DOI 10.1196/annals.1292.007)
  12. (en) « Applying Indium Oxide Nanowires as Sensitive and Specific Redox Protein Sensors », Foresight Nanotech Institute (consulté le )
  13. Feng, Tom and Ghosh, Amal K. (1984) "Method for forming indium oxide/n-silicon heterojunction solar cells" Modèle:US Patent
  14. Wiberg, Egon and Holleman, Arnold Frederick (2001) Inorganic Chemistry, Elsevier (ISBN 0123526515)
  15. (en) M. Lulei et R. Hoppe, « Über "Orthoindate" der Alkalimetalle: Zur Kenntnis von K5[InO4] », Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, vol. 620, no 2,‎ , p. 210–224 (DOI 10.1002/zaac.19946200205)
  16. (en) Robert D. Shannon, « Synthesis of some new perovskites containing indium and thallium », Inorganic Chemistry, vol. 6, no 8,‎ , p. 1474–1478 (ISSN 0020-1669, DOI 10.1021/ic50054a009)
  17. « In2O3 (Indium Oxide) » [archive du ], CeramicMaterials.info (consulté le )
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