Etude des propriétés optiques et électroniques des couches minces de ZnO dopé et non dopé: élaboration et application.

Abstract

In this work, zinc oxide (ZnO) thin films were deposited on 375°C heated glass by spray pyrolysis technique, with moving nozzle. Zinc acetate (Zn (CH3COO)2, 2H2O), (LaCl3, 7H2O ) and (CuCl3, 7H2O) were used as sources precursor of ZnO, La doping and Cu doping, respectively. Effect of lightly 0-5 wt.% La doping concentration on optical, structural, morphological properties of La doped ZnO thin films and their adsorptive ability, on copper ions in water solution, were investigated. Transmittance of all samples was larger than 75% in the visible region, and increases after La doping. Optical gap was found to be in 3.26-3.28eV scale. The existence of functional groups and the chemical bonding is confirmed by Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) spectra. X-ray diffraction study showed that elaborated thin films have hexagonal wurtzite structure with a strong (002) orientation, whereas crystalline size was ranged in 17-37 nm. After immersion of sheets in 1.2 10-2M ions copper solutions, an enhancement in removal of ion copper from water solution under natural light (16.80%) and UV light (24.78%) were observed at 1wt. % La doping. As a result for possible use in wastewater treatment, La is a good quality dopant for increasing the adsorptive ability of ZnO thin films by augmenting its active surface area or increasing the local permanent dipole along c direction. Effect of lightly 0-5 wt.% Cu doping concentration on optical, structural, properties of ZnO thin films. Optical transmittance of all samples were found to be between 75-91% in the visible region, optical gap was found to be in the range 3.25-3.28eV. XRD spectra show all the samples are hexagonal wurtzite structure. The lattice parameter c calculated for the Cu-doped ZnO from XRD pattern was found to be slightly larger than those of the undoped ZnO, indicating substitution of Cu in ZnO lattice . Whereas crystalline size was found to be in the range 12-26 nm.

في ھذا العمل، تم ترسیب شرائح رقیقة من أكسید الزنك ZnO) (بواسطة تقنیة الرش الكیمیائي الحراري مع تحریك فوھة الرش على الزجاج المسخن بدرجة حرارةC°) 537. ( أسیتات الزنك (ZnCH3COO)2, 2H2O)و) LaCl3 7H2O, (و )CuCl3, 7H2O (استخدمت كمصادر لأكسید الزنك و التطعیم باللانثانوم والتطعیم بالنحاس على التوالي .في ھذا العمل تم دراسة تأثیر تركیز التطعیم بالانثانوم )Wt.% 5- 0 ( على الخصائص الضوئیة و البنیویة للشرائح الرقیقة من أكسید الزنك ومدى قابلیة امتزاز أیونات النحاس(Cu+2) من المحالیل المائیة . كانت نفاذیة جمیع العینات أكبر من )75٪( في المجال المرئي، أما قیمة الفجوة البصریة قدرت بـeV): 3.26-3.28(. إن وجود مجموعات وظیفیة وروابط كیمیائیة تم تأكیده من خلال مطیافیة الأشعة تحت الحمراء(FTIR). أظھرت دراسة حیود الأشعة السینیة أن جمیع الشرائح الرقیقة لدیھا بنیة سداسیة مع نمو تفضیلي قوي في المتجھ )002(، أما حجم البلورات كان ما بین nm)17-37 (، وقد لوحظ زیادة في نسبة إزالة أیون النحاس من محلول الماء تحت الضوء الطبیعي بنسبة 16.80 %، وتحت الأشعة فوق البنفسجیة بنسبة %24.78 بعد التطعیم، وكانت أعلى نسبة إزالة في العینة المطعمة باللانثانوم بنسبة ) (1Wt.%. للاستخدامات المحتملة في معالجة المیاه، التطعیم باللانثانوم ھو نوعیة جیدة لزیادة قدرة امتزاز أغشیة أكسید الزنك عن طریق زیادة مساحتھا السطحیة النشطة أو عن طریق ارتفاع الإستقطابیة المحلیة وفق المتجھ )002( . كما تم دراسة الخصائص البنیویة والبصریة لأكسید الزنك المطعم بالنحاس )0-5Wt%(. النفاذیة البصریة لجمیع العینات كانت بحدود: %)75- (91في المنطقة المرئیة، أما الفجوة البصریة كانت في نطاق eV) 3.25-3.28 (. طیف حیود الأشعة السینیة أظھر أن جمیع العینات لدیھا بنیة سداسیة. كما تم احتساب ثابت الشبكة البلوریةc لأكسید الزنك المطعم بالنحاس من طیف حیود الأشعة السینیة، كانت أكبر قلیلا من أكسید الزنك غیر المطعمة ، مما یدل على استبدال النحاس في شبكة أكسید الزنك .أما قیم حجم البلورات للعینات كانت من رتبة) nm 12(26-.

Dans ce travail, des couches minces d'oxyde de zinc (ZnO) ont été déposés sur verre chauffé à 375°C par spray pyrolyse à nozzle mouvant. L'acétate de zinc (Zn (CH3COO)2, 2H2O), (LaCl3, 7H2O) et (CuCl3 , 7H2O) ont été utilisés comme précurseur de sources de ZnO, de dopage en lanthane et de dopage en cuivre, respectivement. Effet du légère 0-5 La/Zn en poids% sur les propriétés l'optiques et structurales des couches minces de ZnO et leur aptitude d'adsorption des ions de cuivre à partir d’une solution d'eau cuivreuse (1.2 10-2M ), ont été étudiés. La transmission de tous les échantillons était supérieure à 75% dans la région visible, et augmente après le dopage au lanthane. Le gap optique a été trouvé dans la gamme de 3.26-3.28 eV. L'existence de groupes fonctionnels et la liaison chimique est confirmée par la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR). L'étude de diffraction des rayons X a montré que les couches minces élaborées ont une structure wurtzite hexagonale avec une orientation préférentielle suivant (002). alors que la taille cristalline était entre 17-37 nm. des améliorations de l'élimination des ions cuivre de la solution d'eau sous la lumière naturelle (16.80% ) et la lumière UV (24.78%) ont été observées à 1wt. % de dopage au lanthane. Pour une utilisation possible dans le traitement des eaux usées, le lanthane est un dopant de bonne qualité pour augmenter l’aptitude d'adsorption des couches minces ZnO grâce à l’augmentant de sa surface active ou l’augmentant du dipôle local permanent le long de la direction c. Les propriétés structurales et optiques des couches minces de ZnO dopés au cuivre (0-5% en poids Cu/Zn). La transmittance optique de tous les échantillons sont entre 75-91% dans la région visible, le gap optique a été trouvé dans la gamme 3.25-3.28 eV. Les spectres DRX montrent que tous les échantillons sont la structure wurtzite hexagonale. Le paramètre de réseau c calculé pour le ZnO dopé au cuivre à partir du diagramme DRX a été trouvé légèrement supérieur à celui du ZnO non dopé, ce qui indique la substitution du cuivre dans le réseau ZnO. Alors que la taille cristalline varie dans la gamme 12-26 nm.