L’impact de la variation de la contrainte uni-axiale sur la piézoélectricité du ZnO et GaN

Abstract

Le travail présenté dans ce mémoire consiste à étudier la polarisation et la constante piézoélectrique pour les matériaux ZnO et GaN soumis à des contraintes mécaniques uni-axiale. Dans la première étape de notre travail nous avons réussie à déterminer les paramètres structurales (a, c, u) qui minimisent le mieux l’énergie totale pour chacun des deux composés. Après cette étape, nous avons décrit la manière que nous avons utilisé, pour simuler la contrainte mécanique uni-axial. Les contraintes sont des compressions le long de l’axe c, où nous pris 5 points : 0 compression, 0.5% c, 1.0% c, 1.5% c, 2.0% c et 2.5% c. Ensuite nous avons étudié les propriétés électroniques, où on a présenté la densité d’états électronique et la structure de bande pour les deux composés ZnO et GaN. On a remarqué que la densité d’états du ZnO est importante dans la bande de valence, par contre pour le GaN présente une densité d’états élevée pour les deux bandes. Le ZnO et le GaN possèdent un gap direct. On a remarqué aussi que l’énergie de gap augment progressivement pour les deux composés lorsque on augmente la compression. Pour les propriétés optiques, on a choisi la longueur d’onde du jaune autour de 500 nm comme référence, pour voire l’évolution des propriétés optique avec la contrainte mécanique. on a constaté que l’indice de réfraction diminue pour la direction zz et augment pour xx, et le coefficient d’absorption diminue pour les deux directions. On peut dire que l’indice de réfraction et le coefficient d’absorption sont affectés par la contrainte mécanique. Et en fin on a terminé notre mémoire avec les résultats importants qui nous intéresse, c’est la piézoélectricité, la polarisation et la constante piézoélectrique. On peut confirmer que les deux composés possèdent une polarisation spontanée alors que cette polarisation diminue au fur et à mesure que la contrainte mécanique uni-axiale augmente du fait de la diminution de la distance du dipôle électrique. Aussi le calcul de la piézoélectricité selon l’axe z nous a montrer que le comportement est non linéaire dans la gamme de contrainte choisie et ça dans le cas du GaN.