Elaboration et caractérisation des couches minces de ZnO dopées cobalt et indium

Abstract

L’oxyde de zinc (ZnO) est un matériau binaire, semi-conducteur à large gap direct (3,37 eV) .Vu leurs bonnes propriétés optoélectroniques, les couches minces trouvent plusieurs applications telles que : cellules solaires, capteurs à gaz, capteurs piézoélectrique, guides d’ondes …etc. Les films minces ZnO peuvent être élaborés par plusieurs techniques, il faut citer : spray pyrolyse, évaporation thermique, pulvérisation réactive, sol gel, ablation laser…etc. Dans ce travail, des couches minces d'oxyde de Zinc ont été déposées par la technique de spray ultrasonique sur des substrats en verre. Notre intérêt consiste à optimiser la qualité des films minces de ZnO par les études de l’influence des paramètres des conditions tell que (molarité, temps de dépôt et température de substrat) sur les propriétés physiques. D’autre objet est l’étude d’améliorer la qualité de ces couches par l’étude de l’influence des dopants et la température du substrat sur les propriétés structurales, optiques et électriques afin d’obtenir des couches transparentes et conductrices. Pour cela, nous avons utilisé deux sources des dopants (CoCl3 6H2O, InCl3). A chaque fois, le taux de dopage a été varié de 0 à 4% en poids. Les spectres de diffraction des RX montrent que les films de ZnO déposés avec différents conditions de la déposition sont fortement texturés et présentent une orientation préférentielle suivant la direction (002) ce qui confirme la structure de wurtzite de ZnO de maximum taille des cristallites de 33,28 nm pour le film de ZnO déposé à 350 °C pendant deux minutes de déposition à une concentration de 0,1 mol/l. ces conditions très forts pour obtenir de films ZnO avec de bonne propriétés. La transparence dans nos films varie entre 40 et 85 % et les valeurs du gap optique sont entre 3,07 et 3,25 eV ceci en fonction des paramètres de dépôt. La résistivité minimale dans ces films est de 0,13Ω.cm, L’analyse par la méthode de diffraction des rayons X révèle que les films CZO et IZO cristallisent dans la structure hexagonale Wurtzite typique de ZnO avec une orientation préférentielle suivant le plan (002). Les spectres de transmission et d’absorption optiques montrent que les films de CZO est forts transparentes dans le visible par contre les films IZO est faible absorption. A partir des ces spectres nous avons déduit les gaps optiques Eg des films de ZnO :Co et ZnO :In. Selon les conditions d’élaboration les valeurs des gaps obtenues augmentent après dopage de cobalt de 3,25 à 3,36 eV peut être expliquée par la réduction des bandes de valence et conduction. La diminution des gaps pour les films ZnO :In de 3,25 à 3,18 eV. La conductivité électrique a été améliorée avec le dopage nous avons obtenu de valeurs maximale de 7,63 et 7,82 (Ω.cm)-1 pour correspondant de 2 % wt Co et 4 %wt In à 350 °C. Il en résulte que la cristallinité, les propriétés optique et électriques des films de IZO sont améliorent avec la température de recuit peut être influencée par la diffusion de l'oxygène avec la température de recuit