Elaboration des couches minces semi-conductrices pour des applications optoélectronique

Abstract

Dans ce travail de mémoire, nous avons étudié essentiellement les propriétés structurales et optiques de couches minces a base de d’oxyde de zinc (ZnO) élaborées à l’aide des techniques de spray pyrolyse. Nous avons préparé des couches ZnO non dopé et dopé au nickel 1 et 9 %at (ZN1, ZN9). Les films ont été déposés sur des substrats de verre et de silicium chauffés à 450°C. Les couches fabriquées ont été analysées par différentes techniques : la diffraction des rayons X (DRX), la spectrophotométrie UV-visible, la spectroscopie des lignes noires (M-Lines) et l’effet Hall.

L’étude réalisée montre que tous les films d’oxyde de zinc ainsi fabriqués possèdent une structure hexagonale de type würzite et une orientation préférentielle suivant la direction (002) confondue avec l’axe c perpendiculaire à la surface des substrats. La taille des grains déduite des mesures DRX varie entre 42 et 38 nm. Les mesures de couplage optique par prisme (M-lines) montrent que les couches ZnO pure et dopé sont deux modes (pour les polarisations en TE et en TM). Les valeurs des énergies de la bande interdite, déterminées à partir des spectres de transmission pour les films déposés sur du verre, varient entre 3.28 et 3.24 eV pour ZnO et 3,52 et 3,80 eV pour NiO. La conductivité électrique et la concentration des porteurs de charge, mesurées à l’aide de l’effet Hall indiquent une conduction de type-n pour tous les films de ZnO et ZN1. La conductivité électrique et la concentration des porteurs de charge mesurées à l'aide de l'effet Hall ont montré que le transport de type n de tous les films de ZnO déposés.

In this work, we have mainly studied the structural properties and Zinc oxide (ZnO) thin film optics developed using spray pyrolysis techniques. We have prepared undoped ZnO thin films doped with nickel 1 and 9% at (ZN1, ZN9). The films were deposited on glass and silicon substrates at 450 ° C. The fabricated films were analyzed by different techniques: X-ray diffraction (XRD), UV-visible spectrophotometry, waveguiding spectroscopy (M-Lines) and the Hall effect. The study carried out shows that all zinc oxide films produced in this way have a hexagonal würzite-type structure with the preferential orientation according to the direction (002) coincident with the c axis perpendicular to the surface of the substrates. Grain size deduced from DRX measurements varies between 42 and 38 nm. waveguiding measurements by prism (M-lines) show that the pure and doped ZnO films have two modes (for TE and TM polarizations). The values of the oplical band gap, determined from the transmission spectra for the films deposited on glass, varied between 3.28 and 3.24 eV for ZnO and 3.52 and 3.80 eV for NiO. The electrical conductivity and the concentration of charge carriers, measured using the Hall effect, indicate n-type conduction for all ZnO and ZN1 films. The electrical conductivity and the concentration of charge carriers measured using the Hall effect showed that the n-type transport of all ZnO films deposited