Etude de l’effet du recuit sur les propriétés optiques des couches minces de TiO2 élaborées par procédé sol-gel

Abstract

Dans ce travail, des couches minces de dioxyde de titane (TiO2) amorphes et cristallisées sous la phase anatase et ayant des propriétés prometteuses pour des applications en photonique ont été synthétisées par le procédé sol-gel avec la technique Dip-Coating sur des substrats de verre. Les couches minces obtenues ont subi un traitement thermique d’une heure à différentes températures. L’effet du recuit sur les propriétés structurales, morphologiques, optiques des films multicouches a été étudié en utilisant la diffraction des rayons X (DRX), la microscopie à force atomique (AFM) et la spectrophotométrie UV-visible. Les résultats obtenus indiquent que tous les films recuits à 300°C sont amorphes tandis que ceux recuits à des températures plus élevées présentent des diffractogrammes X correspondant à la phase anatase. Les analyses effectuées par AFM ont montré que la morphologie et la rugosité de surface des films ont été affectées par la température de recuit. Les résultats issus de mesures par spectroscopie UV-Visible, ont démonté que les films de TiO2 sont transparents et ayant une transmittance moyenne de 77% dans la région du visible. Cependant, une légère réduction de la transmittance moyenne a été observée lorsque la température du recuit augmente. L’énergie du bandgap des films de TiO2 a augmenté exceptionnellement quand la température du recuit augmente de 500 à 600°C

في بحثنا هذا تم تحضير شرائح رقيقة من ثاني أكسيد التيتانيوم(TiO2)الغيرالمبلورة و المبلورة في طور الأناتاز (Anatase)بخصائصواعدة للتطبيقات الضوئية بطريقة(Sol-gel)بتقنيةسحب-غمسعلىصفائحمن الزجاج.الطبقات الرقيقة التي تم الحصول عليها عولجت لمدة ساعة تحت درجات حرارة مختلفة.مفعولالمعالجةالحراريةعلى الخصائص البنيوية، المورفولوجية،البصريةللشرائح الرقيقة المحضرةبرباعية الطبقات قد تم دراسته باستخدام حيود الأشعة السينية (XRD)، مجهر القوى الذرية(AFM)، مطياف الأشعة الفوق البنفسجية و المرئية.وقد بينت النتائج أن جميع الشرائح التي عولجت تحت درجة°C033ليست بلورية البنية بخلاف الشرائح التي عولجت تحت درجةحرارةمرتفعةحيثأظهرتبنية بلورية مناسبة للطور الأناتاز.أظهرت التحاليلالتيأجريت عن طريق المجهر(AFM)أن مورفولوجية و خشونة السطوح للشرائح قد تأثرتبدرجةحرارة العلاج.حسب القياسات التي تمت عن طريق مطياف الأشعة الفوق البنفسجية و المرئية فإن شرائحTiO2هي شفافةمعمتوسطالنفاذيةبحوالي77%فيالطيفالمرئي.بينما نلاحظ انخفاض طفيف بالنسبةلمتوسط النفاذيةوذلك عند ارتفاع درجة حرارة العلاج.كذلك لاحظنا أن فجوة الطاقة البصريةلشرائح((TiO2قد أظهرتتزايدا غير عاديمعارتفاع درجة الحرارة من033إلى600°C

n this work, amorphous and crystallized anatase titanium dioxide (TiO2) thin films with promising properties for photonic applications were synthesized by sol-gel process with dip-coating technique on a glass substrate. The obtained films were annealed for one hour at different heat treatment temperatures. Effect of annealing temperature on the structural, morphological and optical properties of multilayer films were investigated by X-ray diffraction (XRD), Atomic force microscopy (AFM) and UV-Visible spectrophotometry. The results indicate that all TiO2 thin films annealed at 300°C were amorphous, whereas the films heat-treated at higher temperature exhibit XRD patterns corresponding to the anatase phase. From the analyses made on the AFM images, it was revealed that morphology and surface roughness of the films were affected by heat treatment temperature. According to UV-Visible measurements, multilayer TiO2 thin films were transparent with about more than 77% average optical transmissions in the visible region. Whereas, a slight fall in average transmission was observed with annealing temperature. The bandgap energy of multilayered TiO2 films was found to increase exceptionally as the annealing temperature increased from 500 to 600°C