Propriétés optiques

Les spectres de transmittance optique dans le domaine visible des films de la série R3 préparés avec différents rapports d’indium variant de 0 à 1 sont représentés sur la fig.III.12. Pour l’ensemble des films, la transmittance optique varie entre 70 à 80% ce qui indique la bonne qualité optique des films de cette série. Dans cette série, on constate l’absence total du pallier observé dans les deux séries précédentes. Comme les gaps optiques des deux phases SnO2 et In2O3 sont proches (3.93 eV pour SnO2 et 3.86 eV pour In2O3), les spectres des films de la série R3 composés de mélange représentent une transmission des deux phases avec une seule forte absorption à 375 nm qui revienne à l'absorption des deux phases.

Fig.III.11 Images MEB des films minces de la série R3 préparés à 300°C et différentes concentrations massiques R3

SnO2 R3=0.95

Chapitre III Résultats et discussion des mélanges d’oxydes à base de ZnO

87 Pour déterminer le gap optique (Eg), nous avons appliqué le model de Tauc (Equation III.3) sur les spectres de transmission optique [34] :

(αhυ)n = C (hυ – Eg) (III.3)

où n est égal à 2 ou 1/2 pour les transitions directes ou indirectes, respectivement, et

C une constante.

Fig.III.12 Spectres de transmittance des films minces de la série R3 préparés à différentes concentrations massiques R3.

Sur le tableau III.1, nous avons récapitulé les valeurs de gap optique des films déposés en fonction du rapport R3. Les valeurs calculées sont comprises entre les valeurs des gaps optiques des deux oxydes purs SnO2 et In2O3. La variation avec le rapport R3 est très liée aux concentrations des phases In2O3 et SnO2 présentes dans les films. Le même comportement a été rencontré par Riveros et al. [35] dans une étude sur les films minces de In2O3:SnO2 déposés par la méthode spray pyrolyse où ils ont noté que l'énergie du gap varie de 4,07 eV pour SnO2 pur à 3,95 eV pour ITO.

Concentration R3 SnO2 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 0.92 0.95 In2O3 Gap Eg optique (eV) 3.93 3.96 3.92 3.92 3.93 3.93 3.91 3.89 3.86

Tableau III.1 Variation du gap optique des films minces de la série R3 avec la concentration massique R3.

Chapitre III Résultats et discussion des mélanges d’oxydes à base de ZnO

88 Dans la fig.III.13, nous avons rapportés les spectres PL, à température ambiante, des films minces de la série R3 avec un rapport d’indium variant de 0 à 1. Les spectres sont composés d’une seule émission située à 695 nm où l'intensité de cette émission est forte dans le film de SnO2 pur et très faible dans le film d’In2O3 pur. Ceci confirme que la phase de SnO2 est responsable de cette émission. L'origine de cette luminescence est principalement due aux lacunes d'oxygène dans la phase SnO2

comme il a été suggéré dans la littérature [19, 20].

Fig.III.13 Evolution des spectres de PL des films minces de la série R3 préparés à différentes concentrations R3.

On peut voir aussi que l'intensité de l’émission est une fonction décroissante du rapport R3 jusqu'à un rapport d’indium dans le film de 0.95. La réduction de l’intensité de ce pic d’émission PL est due à la réduction de la phase SnO2 dans le film. Ce résultat est en bon accord avec celui rapporté dans l’analyse structurelle par DRX. III.1.2.4 Propriétés électriques

La déviation à la stœchiométrie de la structure d’un film conduit à l’amélioration de la conductivité électrique de ce film [36]. Sur la fig.III.14(a), nous avons rapporté l’évolution de la conductivité électrique des films de la série R3 avec le rapport d’indium R3. D'après cette figure, nous constatons que les valeurs de la conductivité électrique des oxydes purs sont très faibles, 8.01 × 10-3 (Ω.cm)-1 pour SnO2 et 3.6 × 101 (Ω.cm)-1 pour In2O3. Par contre, celles des films du mélange sont élevées et évoluent de manière presque linéaire avec le rapport R3 jusqu’à une valeur maximale de 1.2 x 102 (Ω.cm)-1 correspondant à R3 = 0.95.

Chapitre III Résultats et discussion des mélanges d’oxydes à base de ZnO

89 L’amélioration de la conductivité avec l’augmentation du rapport R3 est due à la non-stœchiométrie de chaque phase en présence de l’autre phase en même temps dans le film, ainsi qu’au comportement des atomes d’étain comme des dopant dans la phase In2O3 (degré d’ionisation de Sn est 4 et d’In est 3). Ces résultats sont en bon accord avec ceux rapportés par Valencia et al. [37] dans une étude sur les films de In2O3:SnO2 préparés par la procédé sol-gel ainsi que ceux donnés par Ait Aouaj et al. [38] dans l’étude des films minces ITO déposés par la méthode spray pyrolyse.

Fig.III.14 Variation de la conductivité électrique (a) et de la figure de mérite (b) des films

minces de la série R3 avec la concentration massique R3.

La variation de la figure de mérite en fonction du rapport d'indium R3 est rapportée dans la fig.III.14(b). On constate que tous les films du mélange ont une figure de mérite acceptable et en particulier celle de R3 = 0.9 qui correspond à la meilleure figure de mérite de la série R3 avec une valeur de 3.8 × 10-4 (Ω)-1. Ces résultats sont comparables à ceux trouvés par Maruyama et al. [39] dans une étude sur le dépôt d’ITO par la décomposition thermique des sels métalliques complexes ainsi que ceux rapportés par Sunde et al. [40] pour les films d’ITO déposés par la méthode sol-gel.

Chapitre III Résultats et discussion des mélanges d’oxydes à base de ZnO

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PARTIE 2 : MELANGES TERNAIRES DU SYSTEME ZnO-SnO

-In

O

Dans cette seconde partie du chapitre, nous étudions l’effet de la composition sur les propriétés structurelles, optiques et électriques des films réalisés à partir des mélanges ternaires de trois précurseurs pour élaborer le système ZnO-SnO2-In2O3, ainsi que l’étude de la possibilité de formation d’éventuelles phases ternaires. A cet effet, nous avons divisé le triangle du système ZnO-SnO2-In2O3 en trois zones: zone riche en zinc, zone riche en étain et zone riche en indium (voir fig.III.15). Dans chaque zone nous avons élaboré deux séries de dépôts : RZ et RZI dans la zone riche en zinc, RT

et RTZ dans la zone riche en étain et RI et RIT dans la zone riche en indium. Le premier rapport dans chaque zone (RZ, RT et RI) varie de 1/3 à 1 selon les bissectrices du triangle, tandis que et le deuxième (RZI, RTZ et RIT) varie de 1/8 à 3/8 (la concentration de l’élément principal de la zone est fixé à 1/2). Les couches sont déposées par la méthode spray ultrasonique à une température de 300 °C pendant 5 min de dépôt.

Fig.III.15 Mélanges ternaires étudiés dans le système ZnO-SnO2-In2O3.