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Tellurure de mercure-cadmium
Identification
Nom UICPA Tellurure de mercure-cadmium
Propriétés chimiques
Formule brute Hg1-xCdxTe

Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Le tellurure de mercure-cadmium (HgCdTe), souvent appelé « mercatel » (abréviation du nom anglophone mercury cadmium telluride) est un alliage de tellurure de mercure (HgTe) et de tellurure de cadmium (CdTe). Le premier étant un semi-métal (pas de gap) et le second un semi-conducteur binaire de gap 1,5 eV à température ambiante, le tellurure de mercure-cadmium est un semi-conducteur ternaire dont le gap varie entre 0 et 1,5 eV, en fonction de la proportion de mercure et de cadmium. C'est l'un des matériaux semi-conducteurs dont le gap peut être le plus petit, et il trouve ses applications dans le domaine de l'opto-électronique infra-rouge (photodétecteur infra-rouge, capteur infra-rouge, cellule photovoltaïque), la variation du taux mercure/cadmium permettant d'ajuster le gap aux applications du matériau. Le tellurure de mercure-cadmium est parfois considéré comme le troisième plus important semi-conducteur après le silicium et l'arséniure de gallium.

Gap du tellurure de mercure-cadmium en fonction de la fraction en cadmium.

Sommaire

PropriétésModifier

ÉlectroniquesModifier

La mobilité des électrons dans HgCdTe avec un fort taux de mercure est très grande. Parmi les semi-conducteurs utilisés pour la détection d'infra-rouge, seuls l'antimoniure d'indium (InSb) et l'arséniure d'indium (InAs) ont une mobilité plus importante que HgCdTe à température ambiante.

À 80 K, la mobilité des électrons d'un échantillon de Hg0,8Cd0,2Te peut être de plusieurs centaines de cm2/(V·s). Les électrons ont aussi une plus grande longueur balistique à cette température : leur libre parcours moyen peut être de plusieurs micromètres.

MécaniquesModifier

HgCdTe est un matériau fragile à cause des liaisons faibles que forment le mercure avec le tellure. Il est plus fragile que n'importe quel semi-conducteur III-V usuel. La dureté en échelle de Mohs de HgTe est de 1,9, celle de CdTe est de 2,9 et celle de Hg0,5Cd0,5Te est de 4.

ThermiquesModifier

La conductivité thermique de HgCdTe est basse ; pour des matériaux à faible concentration en cadmium elle peut descendre jusqu'à 0,2 W·K-1·m−1. Cette caractéristique le rend inutilisable pour des appareils à puissance élevées. Même si des diodes électroluminescentes (LED) et des lasers infra-rouge ont été fabriqués à partir de HgCdTe, ils doivent opérer à basse température pour être efficaces. Sa capacité thermique massique est de 150 J·kg−1·K−1[1].

OptiquesModifier

HgCdTe est transparent pour les photons à l'énergie inférieure à son gap (domaine de l'infrarouge). Son indice de réfraction est élevé, pouvant atteindre des valeurs proches de 4 pour des composés à haute teneur en mercure.

Notes et référencesModifier

  1. (en) C S Chen, A H Liu, G Sun, J L He, X Q Wei, M Liu, Z G Zhang et B Y Man, « Analysis of laser damage threshold and morphological changes at the surface of a HgCdTe crystal », Journal of Optics A: Pure and Applied Optics, vol. 8,‎ , p. 88 (DOI 10.1088/1464-4258/8/1/014)