| Titre : | elaboration et caractérisation des couches minces de ZnO dopées cobalt et indium |
| Auteurs : | Said Benramache, Auteur ; Boubaker Benhaoua, Directeur de thèse |
| Type de document : | Thése doctorat |
| Editeur : | Biskra [Algérie] : Faculté des Sciences Exactes et des Sciences de la Nature et de la Vie, Université Mohamed Khider, 2012 |
| Format : | 1 vol. (103 p.) / couv. ill. en coul / 30 cm |
| Langues: | Français |
| Mots-clés: | ZnO,Co,In,Couche mince,TCO,Méthode de Spray ultrasonique. |
| Résumé : |
L’oxyde de zinc (ZnO) est un matériau binaire, semi-conducteur à large gap direct (3,37 eV) .Vu leurs bonnes propriétés optoélectroniques, les couches minces trouvent plusieurs applications telles que : cellules solaires, capteurs à gaz, capteurs piézoélectrique, guides d’ondes …etc. Les films minces ZnO peuvent être élaborés par plusieurs techniques, il faut citer : spray pyrolyse, évaporation thermique, pulvérisation réactive, sol gel, ablation laser…etc. Dans ce travail, des couches minces d'oxyde de Zinc ont été déposées par la technique de spray ultrasonique sur des substrats en verre. Notre intérêt consiste à optimiser la qualité des films minces de ZnO par les études de l’influence des paramètres des conditions tell que (molarité, temps de dépôt et température de substrat) sur les propriétés physiques. D’autre objet est l’étude d’améliorer la qualité de ces couches par l’étude de l’influence des dopants et la température du substrat sur les propriétés structurales, optiques et électriques afin d’obtenir des couches transparentes et conductrices. Pour cela, nous avons utilisé deux sources des dopants (CoCl3 6H2O, InCl3). A chaque fois, le taux de dopage a été varié de 0 à 4% en poids. Les spectres de diffraction des RX montrent que les films de ZnO déposés avec différents conditions de la déposition sont fortement texturés et présentent une orientation préférentielle suivant la direction (002) ce qui confirme la structure de wurtzite de ZnO de maximum taille des cristallites de 33,28 nm pour le film de ZnO déposé à 350 °C pendant deux minutes de déposition à une concentration de 0,1 mol/l. ces conditions très forts pour obtenir de films ZnO avec de bonne propriétés. La transparence dans nos films varie entre 40 et 85 % et les valeurs du gap optique sont entre 3,07 et 3,25 eV ceci en fonction des paramètres de dépôt. La résistivité minimale dans ces films est de 0,13 Ω.cm, L’analyse par la méthode de diffraction des rayons X révèle que les films CZO et IZO cristallisent dans la structure hexagonale Wurtzite typique de ZnO avec une orientation préférentielle suivant le plan (002). Les spectres de transmission et d’absorption optiques montrent que les films de CZO est forts transparentes dans le visible par contre les films IZO est faible absorption. A partir des ces spectres nous avons déduit les gaps optiques Eg des films de ZnO :Co et ZnO :In. Selon les conditions d’élaboration les valeurs des gaps obtenues augmentent après dopage de cobalt de 3,25 à 3,36 eV peut être expliquée par la réduction des bandes de valence et conduction. La diminution des gaps pour les films ZnO :In de 3,25 à 3,18 eV. La conductivité électrique a été améliorée avec le dopage nous avons obtenu de valeurs maximale de 7,63 et 7,82 (Ω.cm)-1 pour correspondant de 2 % wt Co et 4 %wt In à 350 °C. Il en résulte que la cristallinité, les propriétés optique et électriques des films de IZO sont améliorent avec la température de recuit peut être influencée par la diffusion de l'oxygène avec la température de recuit. |
| Sommaire : |
Introduction générale……………...……….…………………………………………….. 02 Chapitre I Etude bibliographique sur les films minces de TCO et les techniques de dépôt I.1 Introduction…...…………………………...…………………..……………………..……06 I.2 Couches minces……………………...…………...…………………………………..…...06 I.2.1. Fabrication d’une couche mince………...…......…..…………………………….….07 I.2.2. Caractérisation de la couche mince…….. ……...………………………………..….08 I.3. Propriétés de l’oxyde de zinc…………………………………..…………………………08 I.3.1. Propriétés structurales……………………..…..…………………………...…….….09 I.3.2. Structure électronique de bande……..…..………..…..……………………...…..….11 I.3.3. Propriétés électriques.…………….……………..…...……………..…………….…12 I.3.4. Propriétés optiques et luminescence.……………..…….…………….……….….…13 I.3.5. Propriétés chimiques et catalytiques .………………….....…………..……….….…14 I.4. Intérêts des couches minces de ZnO…………………...…………..……………....……..15 I.5. Dopage en semi-conducteur ……...……………………...….…………………….…….16 I.5.1. Conduction dans les semi-conducteurs .……………..….....…………..…..……….16 I.5.2. Modification de la structure en bandes d'énergie………...……….……..……..……17 I.6. Différentes techniques d’élaboration de ZnO …………...………...……………………..19 I.6.1. Dépôts chimiques en phase vapeur ………………….……..…..…………..……….19 I.6.2. Dépôts physiques en phase vapeur ……….........................…………..……..………20 I.6. Conclusion……………………………………………...……..……...……………..……23 Références …………………………………………..……………...…….……..……………23ii Chapitre II Elaboration des Couches Minces et Techniques de caractérisation II.1. Introduction……………………………………..…………………...……………..……27 II.2. La technique de spray ultrasonique ………….………..……………...…………..…….27 II.2.1. Pulvérisation ultrasonique des liquides...……………………….…...………….….27 II.2.2. Montage expérimental utilisé …..………………………….…………………..….28 II.2.3. Expérimentation …..…………………………………….…………..…………..….29 II.2.3.1 Choix du substrat de dépôt ………………………….…………………..….29 II.2.3.2. Préparation des substrats……………………………...……….………..….29 II.2.3.3. Préparation des solutions …………………...…………………………..….30 II.3. Conditions expérimentales …………….………………………...…...……………..….32 II.4. Déposition des couches …………………….…………………………...…………..….33 II.5. Les paramètres modulables ……………….………………………………..………..….34 II.6. Techniques de caractérisation …………….……………………………...…...……..….35 II.6.1. Caractérisation structurale...…………….……………………….…..………….….35 II.6.1.1 Diffraction de rayon X ……………..…………………..…...…………..….35 II.6.1.2. Détermination des contraintes et de la taille des grains ….………....…….36 II.6.2. La spectroscopie UV-visible …..……………………………………....………..….38 II.6.3. Caractérisation électrique …..…………….………………………...…………..….39 II.7. Conclusion…………………………………….…………………...………………....….41 Référence………………………………………..............………………...………………….42 Chapitre III Conditions optimales d’élaboration de film mince de ZnO III.1 Introduction………………………..………………………..……...……………………44 III.2. Evaluation de la concentration du précurseur de zinc ……….…….…………………...44 III.3. Influence de temps de dépôt sur la qualité des films de ZnO ..…….…..………………46 III.3.1. Analyses par diffraction des rayons X…..…………...…………...……………….46 III.3.2. Analyses par spectrophotomètre…… …..…...……...…………………………….49iii III.3.3. Mesure propriétés électriques.…………….……..….………………..……………53 III.4. Influence de la température du substrat sur la cristallinité des films de ZnO.53 III.4.1. Propriétés structurales………......………………………………………...……….53 III.4.2. Propriétés optiques………….……....……………………...……..……………….55 III.4.3. Propriétés électriques...…………...…………………………...……..……………57 III.5. Discussion……………….……………….…………………………...………….……..58 III.6. Conclusion……………….………………………………………...…...………………58 Références ………………………...…………………………………………...…..…………59 Chapitre IV Dépôts des films de ZnO dopés en Cobalt IV.1 Introduction………………………………………………………………...……………61 IV.2. Série de films de ZnO dopés cobalt en fonction de la concentration...……..………….61 IV.2.1 Propriétés structurales………………..……….……………………………………61 IV.2.2 Propriétés optiques……………..………………………………...…………...……63 IV.2.3 Propriétés électriques…………...………...……………...………...………………66 IV.3. Série de films de ZnO dopés cobalt en fonction de la température du substra.67 IV.3.1 Propriétés structurales…………………..…….……………………………………67 IV.3.2 Propriétés optiques……………..………………...…………………………...……69 IV.3.3 Propriétés électriques…………..…………………...……...………………………71 IV.4. Discussion………………………………………………...…………………………….72 IV.5. Conclusion………………………………………………….……….………….………72 Références ..............................73 Chapitre V Dépôts des films de ZnO dopés en Indium V.1 Introduction…………………..………………………………………...…...……………75 V.2. Série de films de ZnO dopés indium en fonction de la concentration…...……..……….75 V.2.1 Propriétés structurales……………………….………………..……….……………75 V.2.2 Propriétés optiques……...…..…………………………..……………...……...……77 V.2.3 Propriétés électriques……...………………………………...………………………79iv V.3. Série de films de ZnO dopés indium en fonction de la température du substrat avant et après recuit……………………………………………….………….….……………….81 V.3.1 Propriétés structurales……….. ….………….…………………..….………………81 V.3.2 Propriétés optiques……..……………...………………………..……...……...……85 V.3.3 Propriétés électriques……………...………………………...………………………88 V.4. Discussion………………….…………………………………………...……………….89 V.5. Conclusion………………………………………………….……….……..…….………89 Références .............................…....90 Chapitre VI Etude comparative VI.1 Introduction………………….…………………………...………………...……………92 VI.2. Evolution des propriétés structurales……..…………….………………………………92 VI.2.1. Etude en fonction de la température du substrat…..…...…….……………………92 VI.2.2. Etude en fonction du dopage………..…………..……….…………………...……93 VI.3. Evolution des propriétés optiques….……………………….…....……………………..95 VI.3.1. Etude en fonction de la température du substrat…..……….……….……………..95 VI.3.2. Etude en fonction du dopage………..…………..……..…….……………...……..96 VI.4. Evolution des propriétés électriques.…………………….……...….…………………..97 VI.4.1. Etude en fonction de la température du substrat…….......…….…………………..97 VI.4.2. Etude en fonction du dopage………..……………...…………..……………...…..98 VI.5. Conclusion………………………………….....………….……….….……….………..99 Références .....................…..100 Conclusion générale…..………………….…………………………………………….. 102 |
| En ligne : | http://thesis.univ-biskra.dz/4166/1/Th%C3%A8se_%20Said%20Benramache.pdf |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut |
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| TPHY/24 | Théses de doctorat | bibliothèque sciences exactes | Consultable |
