Synthèse et caractérisation des couches minces de l’oxyde de zinc dopé aux Métaux de Transition Zn1-xMTxO (MT=Cu, In, Fe) pour les applications optique et optoélectronique

Abstract

Grâce { ses propriétés physiques intéressantes, l’oxyde de zinc (ZnO) est un oxyde transparent conducteur présentant un vaste champ d’applications tel que l’effet photovoltaïque, les émetteurs ultraviolets (UV), les varistances et les transducteurs piézoélectriques. Dans ce travail de thèse, nous avons préparé des couches minces, de ZnO non dopées et dopées au cuivre, fer et indium déposées sur des substrats de verre par la technique de pulvérisation chimique réactive "spray". Les couches minces obtenues ont été analysées d’une manière systématique par la diffraction des rayons X DRX, la microscopie électronique à balayage MEB, la microscopie à force atomique MAF, la photoluminescence PL, la spectrophotométrie UV-visible, la piezoopticité ainsi que l'effet Hall. La DRX a montré que toutes les couches sont polycristallines avec une structure hexagonale de type würtzite et une orientation préférentielle suivant la direction [002]. Les images de microscopie électronique à balayage et { force atomique (MEB, MFA) ont permis d’observer l’effet du dopage sur la taille et la forme des grains, ainsi que la rugosité. La spectrophotométrie UV-visible a montré que toutes les couches ont une transmittance élevée d’environ 80%, elle a aussi permis d’étudier l’effet du dopage sur l’indice de réfraction, le Haze Factor ainsi que le gap optique. La modélisation du Haze Factor a montré que la rugosité de la surface est la source prépondérante de la diffusion de la lumière dans nos couches. La meilleure valeur de la résistivité électrique obtenue est de l’ordre de 10−3Ω.cm, comparable aux valeurs obtenues par des techniques plus sophistiquées nécessitant du vide lors de la synthèse. La technique Z-scan a montré que la susceptibilité non linéaire, le coefficient d’absorption et l’indice de réfraction non linaire des couches minces de Zn0.97In0.03O irradiés avec un faisceau d’électrons de différentes doses d’énergie (1 kGy, 2 kGy, 3 kGy et 4 kGy), sont très sensible { la variation de la dose d’irradiation.