Elaboration et caractérisation de films minces d’oxydes transparents conducteurs (TCO)

Abstract

structural and optical properties of ZnO, NiO, and nano-composite ZnO–NiO thin films prepared by spray pyrolysis technique are studied. XRD analysis indicates that ZnO films have a high-crystalline quality hexagonal wurtzite structure with a strong c-axis orientation. The average crystallite size of NiO, ZnO, Z90N10, Z10N90 and ZN9 at (9%) thin films are estimated to be 41, 43, 25, 4 and 38 nm respectively. The Raman study confirms the XRD results showing the presence of the vibrational modes characteristics of the ZnO wurtzite structure and those of NiO cubic structure. The obtained films have an optical transmission varying from 60 to 90% in the visible region. The forbidden optical band energies, deduced from the transmittance curves, are (3.22 -3.28) and (3.52-3.97) eV for the ZnO and NiO films, respectively. This work focused on the development of thin mono and bilayers of ZnO and NiO by the spray pyrolysis method, followed by study of their structural and optical properties. We can observe that the ZnO layer deposited on a glass substrate has a wurtzite type structure and [002] direction as preferential orientation; parallel to the c axis perpendicular to the surface of the substrates. But the NiO film shows a polycrystalline cubic structure. Single-layer films (ZnO, NiO) have the largest grain size compared to bilayers (ZNO, NZO), which attests to better crystallinity compared to other films. But in the optical study the ZnO / NiO films, this series of samples are characterized by an average transmission of 65 - 90% in the visible region and by a band gap energy NiO varying between 3.85 and 3.97 eV and between 3.25 - 3.26 eV of ZnO. The values obtained from the ZnO films are close to 3.25 eV.

L es propriétés structurales et optiques des couches minces ZnO, NiO et de nano-composites ZnO-NiO, déposées sur des substrats en verre par le technique spray pyrolyse, ont été étudiées. L'analyse XRD indique que les films de ZnO ont une structure wurtzite hexagonale avec une bonne cristallinité suivant la direction [002] comme étant une orientation privilégiée de la croissance sur suivant l'axe c. Les tailles moyennes des cristallites des films minces NiO, ZnO, Z90N10, Z10N90 et ZN9 (9 % at.). Sont estimés à 41, 43, 25, 4 et 38 nm respectivement. L'étude par spectroscopie Raman concorde avec les résultats XRD et révèle la présence des modes vibrationnels caractéristiques de la structure wurtzite de ZnO et de la structure cubique de NiO. Les films obtenus ont une transmission optique variant de 60 à 90 % dans le domaine visible. Les énergies des bandes optiques interdites, déduites de la transmittance optique, sont de (3.22 - 3.28) et (3.52 - 3.97) eV pour les films de ZnO et NiO respectivement. Aussi, ce travail a porté sur l’élaboration de monocouches et bicouches minces de ZnO et NiO et l’étude de leurs propriétés structurales et optiques. Il a été trouvé que la couche de ZnO présente une structure de type wurtzite et une orientation préférentielle suivant la direction [002] parallèle à l’axe c perpendiculaire à la surface des substrats. Le film NiO cristallise dans une structure cubique polycristalline. Les monocouches (ZnO, NiO) possèdent la taille des grains la plus importante par rapport à celle des bicouches (ZNO, NZO), ce qui atteste d’une meilleure cristallinité par rapport aux autres films. Cependant, les films ZnO/NiO de cette série d’échantillons sont caractérisés par une transmission optique moyenne de 65 - 90 % dans la région visible et par une énergie de bande interdite variant entre 3.85 et 3.97 eV pour NiO et entre 3.25 et 3.26 eV pour ZnO. Les valeurs du gap optique obtenues pour les films ZnO sont proches de 3.25 eV.

تمت دراسة الخصائص البنيوية والضوئية للأغشية الرقيقة ZnO و NiOوللمركبات النانوية (ZnO-NiO) المحضرة بتقنية الانحلال الحراري بالرش. بينت نتائج التحليل بتقنية الأشعة السينية XRD أن أفلام ZnO لها بنية سداسية (wurtzite)عالية الجودة في اتجاه المحور c. كما تحصلنا على قيم متوسط الحجم البلوري للأغشية الرقيقة لـ NiO،ZnO ،Z90N10 ، Z10N90 و ZN9 (9٪) والتي تقدربـ 41 و 43 و 25 و 4 و 38 نانومترعلى التوالي. تؤكد دراسة رامان نتائج XRD حيث تظهر وجود خصائص الأنماط الاهتزازية لبنية (wurtzite) لـ ZnOوالبنية المكعبة لـ .NiO كما كانت قيم النفاذية الضوئية للأفلام التي تم الحصول عليها تتراوح من 60 إلى 90٪ في المنطقة المرئية، أما طاقات النطاق البصري الممنوعة المستخلصة من النفاذية فكانت (3.22 - 3.28) و (3.52-3.97) eVلأفلام ZnO وNiO على التوالي. من ناحية أخرى، ركز هذا العمل على تحضير طبقات أحادية وثنائية رقيقة من ZnO و NiOبواسطة طريقة الانحلال الحراري بالرش ودراسة خصائصها البنيوية والضوئية. فكانت نتائج التحليل تشير الى أن طبقة ZnO المرسبة على مساند زجاجية لها بنية من النوع (wurtzite) واٍتجاه تفضيلي في الاتجاه [002] الموازي للمحور c المتعامد على سطح المساند و لكن في فيلمNiO يظهر بنية مكعبة متعددة البلورات. للأفلام أحادية الطبقة(ZnO, NiO) حبيبات أكبر حجم مقارنة بالطبقات الثنائية(ZNO, NZO) ، مما يدل على تبلور أفضل مقارنة بالأغشية الأخرى. كما تحصلنا في الدراسة الضوئية لأفلام ZnO / NiOلهذه السلسلة من العينات على متوسط نفاذية بين 65-90٪ في المنطقة المرئية و بفجوة نطاق طاقة ممنوعة لNiO تتراوح بين eV 3.85 -3.97 وبين eV 3.25 - 3.26 ل ZnO. القيم التي تم الحصول عليها من أفلامZnO قريبة من 3.25 eV.