Elaboration et caractérisation des couches minces de ZnO non dopées et dopées aux métaux de transition

Abstract

Dans ce travail de thèse, des couches minces de ZnO dopées aux MT (ZnO: MT) ont été déposées sur un substrat de verre par la méthode de sol-gel (spin-coating) en utilisant de l'acétate de zinc déshydraté, du méthanol et de la mono éthanolamine (MEA) comme précurseur de Zn, solvant et stabilisant respectivement. Le chlorure de nickel (II) hexahydraté, le chlorure de cobalt (II) hexahydraté et le chlorure de fer (II) tétrahydraté ont servi comme sources de dopant. Les propriétés structurales, morphologiques et optiques des films minces ZnO: MT ont été étudiées en utilisant la diffraction des rayons X (DRX), la microscopie électronique à balayage (MEB), le microscope à force atomique (AFM), les spectrométries ultraviolet-visible (UV-Vis), Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), Raman, et la photoluminescence (PL). Les spectres DRX indiquent que les films déposés ont une structure cristalline hexagonale Wurtzite avec une orientation préférentielle suivant le plan (002) avec une taille des grains qui varie entre 31 et 44 nm. Tous les films présentent une bonne transparence dans le domaine visible avec une transmittance maximale de 90% et avec des valeurs de la bande interdite entre 3,15 et 3,27 eV. La morphologie MEB montre que les couches minces de ZnO non dopées et dopées aux MT sont denses, continues et réparties sur toute la zone avec une bonne uniformité. L’analyse topologique par AFM indique que la rugosité de surface moyenne diminuent avec le dopage Ni. Les spectres FTIR présentent une bande à 454 cm–1 attribuée aux vibrations d'étirement du ZnO et confirmée par les deux modes E2 (bas) et E2 (haut) associés au mouvement des atomes de zinc (Zn) et d’oxygène(O) respectivement des spectres Raman. La Photoluminescence (PL) de tous les films a montré une émission UV liée à la recombinaison électron-trou correspondant à l’émission proche des bords de la bande et d’émissions visibles comme le vert, l’orange et le rouge liées aux défauts d’oxygène.