Par Sameer Gupta
Équipe Simulation Atomistique (L_SIM)
Les défauts ponctuels jouent un rôle essentiel dans les applications technologiques des semi- conducteurs, en fournissant des conditions de dopage appropriées. Dans le même temps, les défauts présentant des caractéristiques de piégeage des porteurs peuvent s'avérer préjudiciables aux performances et aux rendements des dispositifs.
Cette ambivalence des défauts est étudiée ici dans le tellurure de cadmium (CdTe). Le CdTe a plusieurs applications technologiques, telles que les cellules solaires, les détecteurs de radiation nucléaire, et la spectroscopie astronomique. Bien qu’étudiées depuis plusieurs décennies, une meilleure compréhension des propriétés des défauts natifs doit permettre d’améliorer des stratégies de dopage ou d’ingénierie matériau. L’étude par calculs DFT des impuretés ajoutées intentionnellement dans le CdTe et leur interaction avec les défauts natifs forment le cœur de cette thèse.
La solotronique s’intéresse à la manipulation d’atomes uniques et aux propriétés qui en découlent. Pourquoi est-il plus facile d’insérer du manganèse que du chrome dans CdTe ? En utilisant l'énergie de liaison associée à l'interaction entre le dopant et les défauts natifs, calculée par DFT, il est possible de répondre à cette question. L’analyse plus fine de l’interaction de ces deux dopants avec les défauts natifs permet aussi d’expliquer le changement observé expérimentalement dans l'état de spin du Cr.
Dans un second temps, nous aborderons la passivation de défauts recombinant par le sélénium. En effet, la conception de cellules solaires en CdTe polycristallin impliquant l’utilisation de sélénium (Se) a permis d'augmenter l'efficacité des dispositifs à plus de 22 %. En termes de physique des défauts, les études expérimentales ont élucidé le fait que l'atome de Se diffuse dans le CdTe massif et passive les pièges à porteurs qui y sont présents. Il reste toutefois à comprendre à l’échelle atomique le mécanisme de diffusion ainsi que celui de passivation.
Ensemble, ces deux études démontrent que la compréhension du mécanisme sous-jacent à l'échelle atomique peut être utilisée pour définir les phénomènes caractérisés expérimentalement à l'échelle macroscopique.