Elaboration de films minces d’oxydes semiconducteurs par voie Sol-Gel

Abstract

Ce travail, était pour le but de préparer et étudier les propriétés des nanoparticules de certains célèbres oxydes, par le procédé sol-gel type spin coating. Cette nouvelle méthode a été optée car elle présente l’avantage d’avoir des dépôts de qualités et elle est simple et économique. Dans ce contexte, nous avons choisi d’étudier l’oxyde de zinc(ZnO) pur et dopé, l'oxyde stannique (SnO2) et le dioxyde de cérium (CeO2). Les nanostructures de ces oxydes continuent à susciter une immense attention du point de vue fondamental et application, principalement en raison de leurs propriétés très exploitées. Les films ont été déposés en particulier sur des substrats isolants, à partir de solutions avec des faibles concentrations en sels précurseurs dans des alcools appropriés, en ajoutant des solutions aident à stabiliser les solutions s'il est nécessaire. Les films transparents obtenus, ont été prétraités à 250°C pendant 5 minutes après chaque étape de dépôt et traités finalement, à une température plus élevée (350-600°C) pendant 1h. Les films obtenus ont été étudiés ainsi que l’optimisation des paramètres pertinents de dépôts. Dans cette perspective, nous avons étudié l'influence de la concentration de la solution, la répétition de cycles spin, la température de recuit, la nature du substrat et le dopage, en utilisant multiple méthodes de caractérisation. La détermination des propriétés morphologiques et structurales des films, a été évaluée en fonction de ces paramètres et les répercussions sur les propriétés optiques et électriques. Les techniques, diffraction de rayon X (DRX) et microscopie à force atomique (AFM) ont montré que la taille des cristallites de nos oxydes est nanométrique, résultat en bon accord avec l'estimation par Microscope Electronique à Transmission (MET). Une considération particulière a été portée sur l'oxyde de zinc. Des films fortement orientés suivant le plan (002) sont obtenus. Les déférentes mesures montrent qu’il existe une épaisseur critique au- dessous de laquelle les films s’améliorent avec l'accroissement d'épaisseur, structuralement, optiquement et électriquement. Les faibles taux de dopage par des cations de valence supérieure à (+II), donnent la meilleure cristallinité, comparant avec les grandes concentrations, d’où la transmittance et les propriétés électrique aussi, la résistivité a atteint des minimums pour les taux des dopants entre 1 et 3%.at. L’ensemble des paramètres examinés: l'épaisseur, le traitement thermique ainsi que le type de solution utilisé, sont apparus comme étant les plus influents sur la qualité des oxydes SnO2 et CeO2. La surface de ce dernier, et en raison d'accumulation des différentes contraintes au cours de la croissance présente de la fissuration. En générale, les caractéristiques assemblées démontrent l'efficacité de nos choix qui sont très prometteurs pour aller à des applications importantes et une étude plus approfondie.