Synthèse et Etude de couches minces nanostructurées d'oxyde de Zinc dopé Al et In pour des applications optoélectroniques

Abstract

Le travail de ce mémoire consiste sur la préparation de films minces d'oxyde de zinc pur et dopé d'aluminium et/ou d'indium avec différentes taux de dopage, sur des substrats en verre par la technique sol gel spin-caoting. L'acétate de zinc dihydraté a été utilisé comme précurseur, le chlorure d'aluminium hexahydraté et le chlorure d'indium ont été utilisés comme sources de dopage, et l'éthanol et la monoéthanolamine (MEA) comme un solvant et un stabiliseur respectivement. Dans le but d'étudier l'effet du type et de la concentration de dopant sur différent propriétés structurales et optiques des films minces d'oxyde de zinc, nous avons préparé des solutions avec des concentrations molaire différentes: (0%, 3%, 5%Al ; 3%In) et (0%, 3%, 5%In ; 3%Al). Les résultats de diffraction des rayons X ont montré que tous les échantillons cristallisent sous la structure wurtzite hexagonale de ZnO, et aucune phase n’a été observée dans la limite de détection de la technique de DRX utilisée. Les couches de ZnO pur correspond à une orientation préférentielle le long de l'axe c, l'orientation de la croissance varier de l'axe c vert la croissance suivant (100) et (101) avec l'augmentation de dopage. La taille des cristallites de tous les films diminue avec le dopage par l’Al et l'In de 22.7 nm pour ZnO non dopé à 4.7nm pour ZnO Co-dopé (5%Al, 3%In), tandis que les valeurs de déformation est faible pour tous les échantillons, où la valeur maximal est de ɛ = -1% pour (ZnO: 5%Al, 3%In). Les mesures optiques par transmittance UV-Vis a montré que la transmittance moyenne d'environ 85% dans la région visible pour l'oxyde de zinc pur. Elle est diminue dans tous les échantillons avec l'augmentation de dopage, ainsi que l'énergie de gap pour les films Co-dopé Al et In. Dans les couches dopée Al ou In l'énergie de la bande interdite augmente par rapport le ZnO pur (Eg = 3.24 eV). Ainsi que l'énergie d'urbach pour tous les films. La photoluminescence de films minces purs et dopé Al a montré une émission dans l'ultraviolet (UV) et plusieurs émissions dans le visible comme le violet, bleu et vert et l'intensité de différents pics diminue avec le dopage.