La tellure de cadmium amorphe oxygéné a - CdTe : O : Synthèse et étude de quelques propriétés physico-chimiques

Abstract

Le travail présenté dans cette thèse s’inscrit dans le cadre de l’étude des propriétés des couches minces de matériaux semi-conducteurs à base de tellurure de cadmium CdTe. L’étude de l’influence de différents paramètres de dépôt sur les propriétés des couches minces de CdTe nous a permis de mettre au point une méthode de préparation d’un nouveau matériau à base de CdTe. Il s’agit du tellurure de cadmium amorphe oxygéné a-CdTe:O. Le dépôt de couches minces de a-CdTe:O à partir d’une cible polycristalline de CdTe nécessite l’utilisation d’un plasma à haut pouvoir oxydant. Le plasma que nous avons utilisé est obtenu à partir d’un mélange d’argon Ar, de dioxygène O₂ et de diazote N soumis à un champ électrique radiofréquence de 13,56 MHz. Nous avons montré que le diazote joue un rôle de catalyseur de l’oxydation de CdTe:O. En effet, le teneur en oxygène de ces couches peut avoisiner les 60% lorsque les conditions d’oxydation sont poussées à l’extrême. Les propriétés optiques des couches de a-CdTe:O dépendent beaucoup de la teneur des couches en oxygène. C’est ainsi que l’énergie Eg du gap optique varie entre 1,45 eV et 1,85 eV pour une teneur en oxygène variant entre 0 et 40% en pourcentage atomique. La valeur extrapolée à l’infrarouge nIR de l’indice de réfraction de ces couches varie, quant à elle, entre 2,15 et 2,75. L’étude par XPS montre que l’oxygène incorporé dans les couches minces de a-CdTe :O se lie aussi bien aux atomes de tellure qu’a ceux de cadmium. En utilisant la réflectométrie des rayons X, nous avons pu mettre en évidence l’influence du plasma oxydant précédant sur les couches minces de CdTe. Nous avons réussi ainsi à mettre au point une méthode qui permet de réduire considérablement la rugosité de surface des couches minces de CdTe. Lorsque l’on pousse à l’extrême les conditions d’oxydation, on peut obtenir des couches minces amorphes de l’oxyde stable CdTeO₃. L’étude des propriétés électriques de ces couches permet de mettre en évidence leur caractère isolant. Nous avons pu ainsi déterminer leur résistivité électrique continue ρ ≈ 3 x 10⁶Ω.m et leur constante diélectrique relative εr ≈ 16. Les mesures de transmission optique ont permis de déterminer leur énergie de gap optique Eg ≈ 3,91 eV ainsi que la valeur extrapolée à l’infrarouge de leur indice de réfraction nIR ≈ 1,90. Des couches minces amorphes de CdTe ont aussi été déposées sur CdTe en couche mince. Un recuit approprié des structures ainsi obtenues permet de faire croître du CdTeO₃ polycristallin sur du CdTe polycristallin.