Oxyde de gallium(III)
Modèle:Infobox Chimie L’oxyde de gallium(Modèle:III) est un composé chimique de formule Modèle:Fchim. Il s'agit d'un solide blanc ou incolore cristallisé selon plusieurs structures polymorphes. La plus stable est le Modèle:Nobr, cristallisé dans le système monoclinique selon le groupe d'espace Modèle:Nobr (Modèle:N°) avec pour paramètres Modèle:Nobr, Modèle:Nobr, Modèle:Nobr, Modèle:Nobr et Modèle:Nobr[1]. Il existe également une forme Modèle:Nobr trigonale (Modèle:Nobr, Modèle:N°) semblable au corindon ([[Alumine|Modèle:Nobr]]) stable à plus haute pression avec pour paramètres Modèle:Nobr, Modèle:Nobr et Modèle:Nobr[2].
Synthèse et polymorphes
L'oxyde de gallium(III) peut être obtenu en déshydratant l'hydroxyde de gallium(III) à Modèle:Tmp[3] :
- 2 [[Hydroxyde de gallium(III)|Modèle:Fchim]] Modèle:Overset Modèle:Fchim + 3 [[Eau|Modèle:Fchim]]↑.
Il est également possible de procéder par décomposition du nitrate de gallium Modèle:Fchim à Modèle:Tmp. Ces deux voies donnent des polymorphes différents, qui finissent par redonner la forme Modèle:Math plus stable à température plus élevée.
Les cinq polymorphes connus de l'oxyde de gallium(Modèle:III) sont les suivants :
- Modèle:Nobr — Stable à haute pression, il peut être obtenu en chauffant le Modèle:Nobr sous Modèle:Unité à Modèle:Tmp. Il a une structure de type corindon([[Alumine|Modèle:Nobr]]). L'hydrate peut être préparé en décomposant l'hydroxyde de gallium précipité à Modèle:Tmp. Il est possible d'épitaxier des couches minces d'Modèle:Nobr sur des substrats de saphir orientés selon leur plan c (0001), leur plan m (10-10) ou leur plan a (11-20).
- Modèle:Nobr — Stable dans les conditions normales de température et de pression, il peut être déposé par hétéroépitaxie sous forme de couches minces sur des substrats tels que le saphir, le GaN, le SiC et le Si, ainsi que par homoépitaxie. On a par exemple réalisé l'ALD sur des substrats de saphir à des températures comprises entre Modèle:Unité[4]. Des films de Modèle:Nobr de haute qualité ont également été produits par [[Épitaxie par jet moléculaire|Modèle:Abréviation]], Modèle:Lien et [[Épitaxie en phase vapeur aux organométalliques|Modèle:Abréviation]][5]. La technique HVPE est préférée pour les dispositifs à semiconducteurs de puissance verticaux en raison de son taux de croissance rapide[6]. Les couches épitaxiales de Modèle:Nobr déposées par MOCVD présentent une meilleure mobilité électronique et une moindre concentration résiduelle de porteurs que celles obtenues par d'autres techniques de croissance de couches minces[7]Modèle:,[8].
- Modèle:Nobr — De structure spinelle altérée[9] semblable à celle du [[Alumine|Modèle:Nobr]][10], il est obtenu par chauffage rapide du gel d'hydroxyde à une température de Modèle:Tmp. Une forme plus cristalline de ce polymorphe peut être préparée directement à partir de gallium métallique par Modèle:Lien[11].
- Modèle:Nobr — De structure cubique centrée[12]Modèle:,[13], il est obtenu en chauffant le [[Nitrate de gallium|Modèle:Fchim]] à Modèle:Tmp[14].
- Modèle:Nobr — De structure orthorhombique observée par cristallographie aux rayons X comme un empilement compact[15], il est obtenu en chauffant Modèle:Nobr à Modèle:Tmp. Des couches minces d'Modèle:Nobr peuvent être déposées par Modèle:Abréviation à l'aide de triméthylgallium Modèle:Fchim et d'eau Modèle:Fchim sur des substrats de saphir à des températures comprises entre Modèle:Unité[16].
Réactions
L'oxyde de gallium(Modèle:III) est amphotère[17]. Il réagit avec les oxydes de métaux alcalins à haute température pour former, par exemple, Modèle:Fchim, et avec les oxydes de Mg, Zn, Co, Ni, Cu pour former des spinelles, comme Modèle:Fchim[18]. Il se dissout dans une base forte pour former une solution de l'ion gallate Modèle:Nobr.
Avec l'acide chlorhydrique HCl, il forme du trichlorure de gallium Modèle:Fchim[19] :
- Modèle:Fchim + 6 HCl ⟶ 2 [[Trichlorure de gallium|Modèle:Fchim]] + 3 [[Eau|Modèle:Fchim]].
Il peut être réduit en oxyde de gallium(I) Modèle:Fchim par l'hydrogène Modèle:Fchim[20] ou par réaction avec le gallium métallique[21] :
- Modèle:Fchim + 2 [[Dihydrogène|Modèle:Fchim]] ⟶ [[Oxyde de gallium(I)|Modèle:Fchim]] + 2 [[Eau|Modèle:Fchim]] ;
- Modèle:Fchim + 4 Ga ⟶ 3 [[Oxyde de gallium(I)|Modèle:Fchim]].
Propriétés et applications
Modèle:Fchim est un semi-conducteur ayant une largeur de bande interdite de Modèle:Unité susceptible de présenter un intérêt en électronique de puissance[5], pour certaines applications optoélectroniques telles que les photodétecteurs[22], comme matériau phosphorescent[23] ou encore pour des détecteurs de gaz[24]. Il présente une conductivité thermique et une mobilité électronique inférieures d'un ordre de grandeur par rapport à celles du nitrure de gallium GaN et du carbure de silicium SiC, mais il pourrait être économiquement bien plus rentable car c'est le seul semiconducteur à large bande interdite susceptible d'être produit simplement à partir de la phase liquide[5]Modèle:,[25]Modèle:,[26] (procédé de Czochralski[27]). Il est réputé être résistant aux rayonnements ionisants, ce qui le rend également intéressant pour les applications militaires et spatiales[28]Modèle:,[29].
Notes et références
- ↑ Erreur de référence : Balise
<ref>incorrecte : aucun texte n’a été fourni pour les références nommées10.1063/1.1731237 - ↑ Erreur de référence : Balise
<ref>incorrecte : aucun texte n’a été fourni pour les références nommées10.1063/1.1840945 - ↑ Modèle:De A. F. Holleman, E. Wiberg et N. Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie, Modèle:Nobr, Walter de Gruyter, Berlin, 2007, Modèle:P.. Modèle:ISBN
- ↑ Modèle:Article.
- ↑ 5,0 5,1 et 5,2 Modèle:Article.
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- ↑ Modèle:En Norman N. Greenwood et Alan Earnshaw, Chemistry of the Elements, Modèle:2e, Butterworth-Heinemann, 1997, Modèle:P.. Modèle:ISBN
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- ↑ Modèle:En Darrell D. Ebbing et Steven D. Gammon, General Chemistry, Modèle:9e, 2010. Modèle:ISBN
- ↑ Modèle:En Anthony John Downs, Chemistry of aluminium, gallium, indium, and thallium, Blackie academic and professional, 1993. Modèle:ISBN
- ↑ Modèle:En J. J. Zuckerman et A. P. Hagen, Inorganic Reactions and Methods, the Formation of Bonds to Halogens, Modèle:2e, 2009, Wiley-VCH Verlag GmbH. Modèle:ISBN
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- ↑ Modèle:En N. N. Greenwood, H. J. Emeleus et A. G. Sharpe, « The chemistry of Gallium », Advances in Inorganic Chemistry and Radiochemistry, Modèle:Vol., Elsevier, Academic Press, 1963. Modèle:ISBN
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- ↑ Modèle:Lien web.