Elaboration et Caractérisations de Semi-conducteurs Transparents en Couches Minces Pour Applications Technologiques

Abstract

In this work, we are interested in the study of thin films based on transparent conducting oxides (ZnO and TiO2) produced by physical and chemical methods such as sputtering, Sol-Gel (dipcoating) and Spray Pyrolysis. The films produced were analyzed by different techniques: Micro-Raman analysis, Thermo gravimetric analysis (ATG) and differential scanning calorimetry (DSC), Scanning electron spectroscopy (SEM), UV-visible spectrophotometry, prisme coupling (M-line) spectroscopy and Hall Effect measurements. Using spray pyrolysis method, we studied the effect of solvent and thickness on the properties of ZnO films. Then, our study also focused on the study of TiO2 thin films by the sputtering and Sol-Gel methods annealing at different temperatures. While monolayer films (TV and ZV) and bilayer films (TZV and ZTV) obtained by chemical techniques; Sol-Gel and Spray Pyrolysis. Micro-Raman analysis showed that all TiO2 thin films manufactured have vibrational modes of the anatase phase, with the exception of sample T SG-350 is amorphous. ZnO films have vibrational modes of the Wurtzite phase. The films obtained have an optical transmittance varying between 48 and 90% for TiO2 films and 70-90% for ZnO films in the visible region of the spectrum, the forbidden band gaps varies between (3.39 -3.59 eV) for TiO2 and (3.25-3.28 eV) for ZnO. These values are decreased in bilayer films. The prism coupling (M-lines) measurements show that all ZnO films are monomode (for both TE and TM polarizations), while the ZnO-366 sample are bimode in TE and TM. These measurements also show that all TiO2 films are single mode (for both TE and TM polarizations). On the other hand, bilayer structure of (TZV) proves to be a bimode waveguide in both polarizations. The ZTV structure did not show any modes guiding

Dans ce travail de thèse, nous avons étudié essentiellement les propriétés physiques des films minces à base d’oxydes transparents conducteurs (ZnO et TiO2) élaborés par les méthodes chimiques et physiques : pulvérisation cathodique (sputtering), sol-gel (dip-coating) et spray pyrolyse. Les films fabriqués ont été analysées par différentes techniques : l’analyse Micro- Raman, Analyse thermogravimétrie (ATG) et Calorimétrie différentielle à balayage (DSC), la spectroscopie électronique à balayage (MEB), la spectrophotométrie UV-visible, la spectroscopie des lignes noires (M-Lines) et l’effet Hall. Par la méthode spray pyrolyse, nous avons étudié l'effet du solvant et de l'épaisseur sur les propriétés des films de ZnO. Ensuite, notre étude a également focalisée sur étude des films minces de TiO2 par les méthodes sputtering et Sol-Gel recuit à différents températures. Tandis que les films monocouche (TV et ZV) et bicouche (TZV et ZTV) obtenus par les techniques chimique ; Sol-Gel et Spray Pyrolyse. L'analyse Micro-Raman montré que tous les films de TiO2 fabriqués ont des modes vibrationnels de la phase anatase, à l'exception de l'échantillon T SG-350 est amorphe. Les films de ZnO ont des modes vibrationnels de la phase Wurtzite. Les films obtenus ont une transmittance optique variant entre 48 et 90 % pour les films de TiO2 et entre 70 et 90 % pour les films de ZnO dans la région visible du spectre, la bande interdite varient entre (3.39 -3.59 eV) pour TiO2 et (3.25-3.28 eV) pour ZnO. Ces valeurs sont diminuées aux films bicouche. Les mesures de couplage par prisme (M-lines) montrent que tous les films ZnO sont monomodes (pour les deux polarisations TE et TM), Tandis que l'échantillon ZnO-366 sont bimodes en TE et TM. Ces mesures montrent également que tous les films de TiO2 sont monomode (pour les deux polarisations TE et TM). Par contre la structure de bicouche (TZV) s’avère être un guide d’onde bi-mode dans les deux polarisations. La structure ZTV n’est pas guidant. L’étude des propriétés de transport électrique est réalisée à l’aide des mesures de l’effet Hall à température ambiante. Ces mesures indiquent une conduction de type n pour toutes les films de ZnO

أكسيد )TiO في هذه الرسالة, قمنا بدراسة الأفلام الرقيقة المعتمدة على الاكاسيد الناقلة الشفافة من ثاني أكسيد التيتان ) 2 المنتجة بالطرق الفيزيائية و الكيميائية المتمثلة في: تقنية الرش المهبطي, تقنية السائل –جامد و تقنية الرش الكيميائي )ZnO( الزنك )ATG( التحليل الحراري الوزني , )Micro-Raman( الحراري. تم تحليل الأفلام التي تم إنتاجها بتقنيات مختلفة : مطيافية رامان ,)UV-Visible( مطياف الاشعة الفوق البنفسجية و المرئية ,)MEB( المجهر الماسح الضوئي ,)DSC( و المسعر التفاضلي و فعل هول. )M-Lines( مطيافية الخطوط السوداء الرقيقة المحضرة بطريقة ZnO ركزت دراستنا أولا على دراسة تأثير المذيب و السمك على الخواص البصرية لأفلام اكسيد الزنك المحضرة بطريقة الرش المهبطي و طريقة السائل- TiO الرش الكيميائي الحراري. بعد ذلك ركزت دراستنا أيضا على دراسة عينات 2 جامد المودعة على ركائز زجاجية والمعاجةة رراريا عند درجات ررارة مختلفة. بينما تم الحصول على الأفلام أرادية الطبقة و طريقة الرش TiO بالتقنيات الكيميائية )طريقة السائل-جامد لإنتاج أفلام 2 ) ZTV وTZV ( و ثنائية الطبقة )ZV,TV( ) ZnO الكيميائي الحراري لإنتاج أفلام المصنعة لها أوضاع اهتزازية لطور الأناتاز باستثناء العينة TiO تظهر الدراسة البنيوية باستعمال تحليل طيف رامان أن كل الأفلام 2 المرسبة بطريقة السائل-جامد و الملدنة عند درجة ررارة ° 350 م لا تظهر أي أوضاع اهتزاز أي انها طبقة غير متبلورة، بينما أثبتت الأشعة الفوق البنفسجية المرئية أن شفافية .Wurtzite أظهرت أوض اع اهتزاز لطور ZnO الأوضاع الاهتزازية لأفلام في المجال المرئي بعرض نطاق ممنوع يتغير ما بين ZnO وبين 70 و 90 % لأفلام TiO العينات ما بين 48 و 90 % لطبقات 2 بينما تنخفض الشفافية و عرض النطاق عند ZnO لأفلام eV و بين 3.25 و 3.28 TiO لأفلام 2 eV 3.39 و 3.59 تتصرف كأدلة موجية أرادية النمط في كلا الاستقطابين ZnO الطبقات الثنائية. تظهر مطيافية الخطوط السوداء الى ان أفلام تظهر هذه القياسات أيضًا ,)TM وTE 366 فهي ثنائية النمط )في الاستقطابين nm بينما العينة التي سمكها ,TM وTE من نارية أخرى، تثبت الأفلام الثنائية الطبقة .) TM و TE هي أرادية النمط )لكل من استقطاب TiO أن جميع أفلام 2 لم تعط اي توجيهًا بصريا.تمت دراسة ZTV أنها ذات دليل موجي ثنائي النمط في كلا الاستقطابين .بينما العينة (TZV) .n ذات توصيل من النوع ZnO خصائص النقل الكهربائي باستخدام قياسات هول في درجة ررارة الغرفة الى أن أفلام