Influence du dopage à l'argent sur les propriétés structurales, morphologiques et optiques de couches minces de ZnO élaborées par sol-gel

Abstract

Dans ce travail, des couches minces de ZnO non dopées et dopées à l'argent, fortement orientées selon l'axe c, ont été préparées sur des substrats de verre par la technique de dépôt par immersion sol-gel. L'influence d'un dopage modéré à l'argent (ZnO:Ag = 5 %) sur les propriétés microstructurales, morphologiques et optiques des couches a été étudiée par diffraction des rayons X (DRX), microscopie à force atomique (AFM) et spectrophotométrie UV-visible. L'analyse DRX a révélé que toutes les couches présentent une structure wurtzite polycristalline avec une orientation préférentielle selon l'axe c. Les images AFM des couches minces de ZnO non dopées et dopées à l'argent ont montré que l'incorporation d'argent modifie significativement la morphologie de surface, indiquées par une diminution de la rugosité à l'échelle nanométrique. D'après les mesures UV-visible, la couche mince de ZnO non dopée est très transparente dans le visible, avec une transmittance moyenne d'environ 83 %. Lorsque la couche de ZnO est dopée à 5 % d'argent, la transmission diminue légèrement. De plus, la largeur de la bande interdite optique directe augmente légèrement dans le film ZnO dopé. Les résultats de ce travail montrent que le dopage à l'argent améliore les propriétés structurales et optiques des couches minces de ZnO

In this work, Highly c-axis-oriented undoped and Ag-doped ZnO thin films are prepared on glass substrates using a sol–gel dip-coating technique. The effects of moderate Ag doping (ZnO:Ag = 5%) on the microstructural, morphological and optical properties of the films are investigated by X-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM) and UV–Visible spectrophotometry. XRD analysis shows that all the films possess a polycrystalline wurtzite structure with a c-axis preferential orientation. AFM images of undoped and silver-doped ZnO thin films show that silver incorporation significantly changes the surface morphology, indicated by a decrease in roughness at the nanoscale. According to UV–Visible measurements, the non-doped ZnO thin film is highly transparent in the visible region with an average transmittance of about 83%. When the ZnO film is doped with 5 % silver, the transmission decreases slightly. Furthermore, the direct optical band gap increases slightly in the doped ZnO film. The results of this work show that silver doping improves the structural and optical properties of ZnO thin films

في بحثنا هذا تم تحضير أغشية رقيقة من أكسيد الزنك (ZnO) الغير مطعمة والمطعمة بالفضة، ذات توجيه قوي على طول المحور c، على ركائز زجاجية باستخدام تقنية الترسيب بالغمر-السحب (سول-جل). درست تأثيرات التطعيم المعتدل بالفضة (ZnO:Ag = 5%) على الخصائص البنيوية و المورفولوجية والبصرية للأغشية باستخدام حيود الأشعة السينية (XRD) ومجهر القوة الذرية (AFM) وقياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية والمرئية. كشف تحليل حيود الأشعة السينية أن جميع الأغشية تُظهر بنية وورتزيت متعددة البلورات مع توجيه تفضيلي على طول المحور c. أظهرت صور مجهر القوة الذرية للأغشية الرقيقة من أكسيد الزنك غير المطعمة والمطعمة بالفضة أن دمج الفضة يُغير بشكل ملحوظ مورفولوجية السطح، حيت يتضح ذلك في انخفاض الخشونة على المستوى النانوي. وفقًا لقياسات الأشعة فوق البنفسجية والمرئية، يتميز غشاء أكسيد الزنك الرقيق الغير مطعم بشفافية عالية في نطاق الضوء المرئي، بمتوسط نفاذية يبلغ حوالي 83%. عند تطعيم غشاء أكسيد الزنك بنسبة 5% من الفضة، تنخفض النفاذية انخفاضًا طفيفًا. علاوة على ذلك، يزداد عرض فجوة الطاقة البصرية المباشرة قليلاً بالنسبة لطبقة أكسيد الزنك المُطعّمة. تُظهر نتائج هذه الدراسة أن تطعيم أكسيد الزنك بالفضة يُحسّن الخصائص البنيوية والبصرية للأغشية الرقيقة لأكسيد الزنك.