I.2.1. INTRODUCTION :
Depuis quelques années, un fort engouement s'est manifesté pour tout ce qui touche aux « nanotechnologies ». Le 29 décembre 1959, c’était le début de ce phénomène : le prix Nobel 1965 le physicien Richard Feynman lors d'un discours devant l'American Physical Society [1] a posé les jalons de ce qui était selon lui la prochaine révolution en physique à savoir la possibilité de construire des objets atome par atome comme des briques en tenant compte les forces d’interactions entre eux :
« Il y a plein de place en bas de l’échelle... lorsque nous aurons quelques contrôles sur l’arrangement des atomes à une petite échelle, nous découvrirons que la matière possède des propriétés énormément plus étendue et qu’avec nous pourrons réaliser beaucoup plus de choses » (Feynman, 1959).
Le propos est étonnamment en avance sur son temps puisqu'il décrit presque toutes les avancées technologiques qui sont en train de se faire actuellement.
Toutefois il n'y voyait qu'un intérêt technologique et non pas fondamental or les résultats de ces dernières années ont montré que le fait d'aller vers de très petites dimensions pouvait amener une nouvelle physique.
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Les nanotechnologies font référence au monde tel qu'il existe à l'échelle du nanomètre voire quelques dizaines ou centaines de nanomètres. Un nanomatériau peut se définir comme qu'il est constitué de nanoparticules dont la taille est comprise entre 1 et 100 nm et présente des propriétés spécifiques de la taille nanométrique. La nanotechnologie est une branche interdisciplinaire qui unit pratiquement tous les domaines scientifiques.
Les moyens d’élaboration de ces systèmes avec une dimension réduite au nanomètre nécessitent la maîtrise des échelles nanométriques dans le domaine des matériaux, d’où le concept de nanomatériaux.
Les nanomatériaux possèdent des propriétés biologiques, physiques et chimiques remarquables, ces propriétés pouvaient être différentes et meilleures que celles des matériaux d’origine [2]. La richesse de ces propriétés et leurs diversités ouvrent des perspectives inégalées du point de vue des concepts fondamentaux. Les applications sont nombreuses tant dans le domaine des nanotechnologies, que dans celui de l’environnement et de l’industrie pharmaceutique.
Les propriétés de ces matériaux sont alors fondamentalement changées. Ces effets sont très étudiés dans le cas des métaux et des semi-conducteurs. C’est beaucoup moins le cas en ce qui concerne les oxydes. Dans cette étude c’est donc tout que nous nous sommes plus particulièrement intéressés, les nanoparticules de semiconducteurs de type oxyde, on a pensé en particulier à l’oxyde de zinc (ZnO), l'oxyde d'étain (SnO2) et l'oxyde de cérium (CeO2).
I.2.2. COUCHES MINCES ET OXYDES NANOSTRUCTURES:
I.2.2.1. Généralités:
Par principe, une couche mince d’un matériau donné est la matière déposée sur un support que l’on appelle substrat, l’une des dimensions (épaisseur) de ce dépôt a été fortement réduite. C’est cette quasi-bidimensionnalité qui donne la première caractéristique de la couche mince. Par conséquent l’effet des interfaces jouera un rôle non négligeable sur les propriétés physiques du matériau.
Dans le cas des matériaux oxydes massifs, c’est avant tout la diminution des températures de densification liée aux tailles nanométriques qui a été la première source d’intérêt. Les oxydes nanomatériaux ont des applications liées directement à leur taille, ce sont par exemple des matériaux de choix pour des applications en catalyse du fait de la très
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grande surface spécifique qui leur est associée. De même, leurs dimensions réduites permettent la miniaturisation des systèmes dans lesquels ils sont intégrés. C’est cependant les applications dans le domaine photovoltaïque qui suscitent depuis quelques années un intérêt de plus en plus important.
I.2.2.2. Enjeux technologiques actuels:
Les objectifs technologiques actuels convergent vers une structuration des couches minces à une échelle nanométrique de plus en plus petite.
Aujourd’hui le contrôle des procédés d’élaboration est tel que l’on peut structurer les films à l’échelle atomique. Parallèlement, la volonté de réaliser des structures ordonnées à longue distance est grande. Les couches minces semi-conductrices à nano structures représentent une nouvelle classe de matériaux. L’intérêt que leur porte le milieu scientifique, est s'expliqué par plusieurs faits :
I.2.2.2.1. Miniaturisation:
Plusieurs raisons à la course et la tendance actuelle à la miniaturisation. La première est de diminuer l’encombrement des appareils - qu’ils soient optiques ou électroniques- donc les composants et les matériaux doivent être fabriqués dans des dimensions de plus en plus faibles, la seconde est d’atteindre des nouvelles propriétés, donc de nouveaux champs d’application, à travers les dimensions finies et nanométriques des objets et on peut parler aussi de la performance des appareils transportables. Les propriétés physiques de ces matériaux sont extrêmement intéressantes : souvent elles s'écartent notablement des caractéristiques à l'état massif. Ceci est dû en grande partie aux effets de surface et d’interface dans les nano structures, qui ne peuvent pas être négligés.
I.2.2.2.2. Mise en ordre:
La mise en ordre des objets sur une surface est un aspect important autant pour les prouesses technologiques que pour les propriétés que cela confère aux couches minces. Un contrôle maximum de l’ordonnancement est évidemment souhaité à un moindre coût. On peut distinguer plusieurs critères d’ordre au sein de la couche nanostructurée : une organisation spatiale, une homogénéité en taille et en forme.
I.2.2.2.3. Mise en œuvre:
Ces matériaux sous forme de nanocomposites ou de nanocristaux laissent espérer d’importants gains de performances ainsi que de nouvelles applications. Les couches minces présentent, en ce sens, un intérêt particulier dans la résolution des problèmes d'actualité dans
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la mesure où elles permettent d’allier une économie de matière à une grande souplesse d’emploi. De plus, les films sont beaucoup moins onéreux que les monocristaux et peuvent représenter des motifs différents et être déposés sur des substrats de géométries diverses.