Réalisation et caractérisation des couches minces d’oxyde de zinc type-P : Étude des propriétés structurales, morphologiques, optiques et électriques.

Abstract

ans ce travail, nous avons développé un nouveau protocole permettant une réduction efficace de l'auto compensation pour synthétiser des couches minces de ZnO de type p de propriétés électriques stables, par la méthode Sol-Gel associée à la technique Spin-coating. Ce protocole est basé sur l'utilisation du précurseur minérale Nitrate de Zinc, et l'ajout d'Acide Acétique. Les analyses thermiques (ATD-ATG), la diffraction des rayons X (DRX), la microscopie électronique à balayage (MEB), la spectrophotométrie UV-visible ont été utilisées pour étudier les propriétés structurales, morphologiques et optiques des couches synthétisées. La DRX a montré que tous les échantillons sont bien cristallisés avec une orientation prédominante selon la direction (002). L'analyse morphologique nous a montré que les couches sont homogènes et denses avec des surfaces assez lisses. L'analyse de la composition chimique a montré que la quantité massique d'oxygène dans les échantillons augmente, lorsque la concentration en nitrates de zinc augmente, cela a été attribué à une réduction des lacunes d'oxygène lorsque l'acide acétique est ajouté. Les films élaborés présentent une transmittance optique nettement élevée dans le domaine du visible de l’ordre de 90%, et aussi une augmentation de l'énergie de gap Eg a été notée, cet élargissement de la bande interdite s'explique par l'amélioration de la stœchiométrie des films, justifiée par l'augmentation de la teneur en oxygène. Les mesures de l'effet Hall à température ambiante ont montré une diminution de la concentration d'électrons dans la matrice de ZnO au fur et à mesure que la concentration de nitrate augmente, un changement de conductivité du type n au type p se produit pour des concentrations en nitrate de zinc dépassant 0,3M. Cette transition du type de la conductivité dans les films ZnO a été liée à une augmentation significative de la teneur en oxygène comme confirmé par l’analyse quantitative EDX lors de la croissance des films. Ce résultat implique que nous avons réussi à réduire considérablement l’effet de l'auto-compensation dans les couches minces de ZnO. Une étude approfondie des propriétés électriques et diélectriques par la méthode de spectroscopie d’impédance a été menée sur des films de ZnO type N, ZnO type P et la jonction PN. Les caractéristiques de l’impédance ont montré la prédominance de la contribution des grains dans la conductivité électrique de ces structures, et un temps de relaxation diélectrique largement inférieure pour la jonction PN. De plus, nous avons procédé au dopage extrinsèque des films de ZnO en utilisant le précurseur d’acétate d’ammonium comme source dopante, et comme surfactant qui permet d’améliorer l’adhésion de la solution de dépôt sur le substrat de verre, nous avons réussi à élaborer des couches minces d'oxyde de zinc bien cristallisées, fortement transparentes, stables, reproductibles, et de conductivité type p. Aussi, nous avons de même synthétisé des homo-jonctions transparentes à base d’oxyde de zinc [p-ZnO / n ZnO] qui ont montrées un comportement redresseur, confirmant ainsi que les films ZnO élaborés présentent une conductivité stable de type P.