La spectroscopie Raman

L’effet Raman a été prédit et découvert au début des années 1920 par Brillouin

et Smekal et mis en évidence par Raman et Krishnan en 1928 pour des liquides puis

quelques mois plus tard par Rocard et Cabanes pour des solides. Ce fut d’ailleurs

le sujet du prix Nobel de 1930. La diffusion Raman ne put être mise en application

comme sonde de la matière que dans les années soixante-dix avec le développement

des lasers.

La spectroscopie Raman est une technique d’analyse non destructive et ne

néces-site aucune préparation de l’échantillon. Son principe est basé sur l’effet Raman et

la détection des photons diffusés inélastiquement suite à l’interaction de la lumière

monochromatique avec la matière. La différence de fréquence entre les photons de la

lumière excitatrice et les photons diffusés est liée à l’énergie de vibration et la nature

chimique de la molécule qui est à l’origine de la diffusion.

Lorsqu’un échantillon est soumis à un faisceau de lumière monochromatique de type

laser continu de fréquenceν

₀

, la majeure partie des photons incidents seront transmis,

réfléchis ou absorbés et une faible partie de la lumière est diffusée.

Une partie de la lumière est diffusée à la même fréquence ν

₀

que la lumière

inci-dente, c’est la diffusion élastique ou diffusionRayleigh.

Une partie négligeable des photons incidents est diffusée avec changement de

fré-quence : c’est la diffusion inélastique ou diffusion Raman : elle représente environ 1

photon Raman pour 10

⁸

photons incidents.

La diffusion Raman correspond à l’interaction de la polarisabilité de la molécule

avec la radiation incidente, entraînant un moment dipolaire induit dans la molécule et

l’émission d’un photon Raman.

Si la fréquence du photon diffusé est inférieure à celle du photon incident, il y a

gain d’énergie vibrationnelle pour la molécule (et perte d’énergie pour le photon) : on

parle de raie Stokes.

Si le photon incident est diffusé avec une fréquence supérieure de sa fréquence

ini-tiale, il y a perte d’énergie vibrationnelle pour la molécule (et gain d’énergie pour le

photon) : on parle de raie anti-Stokes.

Un spectre Raman représente l’intensité du rayonnement diffusé (nombre de

pho-tons comptés à une énergie donnée) en fonction de l’énergie de vibration. Il se présente

comme une succession de bandes correspondant chacune à un mode de vibration

spé-cifique ou à une combinaison de modes.

Les spectres Raman sont obtenus en éclairant l’échantillon à analyser avec une

source continue de rayonnement monochromatique de type laser. Le spectre des

rayon-nements diffusés est mesuré, au moyen d’un spectrophotomètre à réseau ou à

trans-formée de Fourier.

Le dispositif expérimental nécessaire pour enregistrer des spectres Raman est

consti-tué essentiellement de:

- une source lumineuse monochromatique (source laser),

- système de collection de la lumière diffusée,

- un système dispersif ou interféromètre,

- un système de détection de la lumière recueillie,

- un système de traitement de données.

Les radiations d’une source laser puissante sont conduites dans une fibre optique

jusqu’à l’échantillon à analyser et provoquent son excitation (Figure 2.9). La lumière

produite est recueillie par un capteur, puis acheminée par une fibre optique jusqu’au

séparateur couplé à un détecteur, celui-ci fournit alors des données sur l’échantillon

qui n’ont plus qu’à être traitées par un ordinateur.

La caractérisation par spectroscopie Raman des nanoparticules a été réalisée pour

corréler les résultats de diffraction des rayons X et les observations faites en

microsco-pie. La spectroscopie Raman permet de déterminer rapidement la nature des phases

synthétisées. L’instrument utilisé est un spectrophotomètre de marque ORIBA

JO-BIN–YVON associé à un microscope confocal de type LabRAM ARAMIS IR2 équipé

d’un objectif X50 longue distance de travail, le dispositif est présenté à la (Figure2.10).

L’irradiation des échantillons est réalisée à l’aide d’un laser Hélium Néon (HeNe)

dé-livrant des radiations monochromatiques de longueur d’onde λ= 633 nm avec une

puissance < 12 mW. Pour réduire la puissance du laser et le phénomène

d’échauffe-ment sur l’échantillon, nous avons utilisé des filtres de densité, positionné sur le trajet

optique incident. Afin de connaitre la puissance exacte appliquée sur l’échantillon,

nous avons effectué des mesures sur l’échantillon. Pour un filtre D1 le pourcentage

filtré est de 10%, la puissance réelle est de 440µW. Nous avons fait trois mesures par

échantillon afin de vérifier l’homogénéité des échantillons.

Chapitre

3

Élaboration et caractérisation des

couches minces de ZnO:Al sur PEN

Dans ce chapitre, nous décrivons la technique de pulvérisation cathodique

RF-magnétron et les différents dispositifs expérimentaux que nous avons utilisés pour

l’élaboration des couches minces de ZnO :Al sur les substrats flexibles de PEN à partir

des nanoparticules compactées. Ensuite, nous exposons une description des techniques

et les instrumentations de caractérisations utilisées pour les couches minces élaborées.

3.1 Technique d’élaboration des couches minces de

ZnO:Al sur PEN

Actuellement, il existe de nombreuses techniques de dépôt des oxydes transparents

conducteurs à base de ZnO dopé en couches minces, on cite par exemple le dépôt

par couche atomique (Atomic Layer Deposition ALD) [103,104,112] , le dépôt par

laser pulsé (PLD) [106,107], le dépôt chimique en phase vapeur organométallique

(MOCVD) [108,109], l’épitaxie par jets moléculaires (MBE) et la pulvérisation

ca-thodique [110–112]. Pour obtenir des couches minces de ZnO dopé avec une faible

résistivité et une transmittance élevée dans la région visible, le chauffage du substrat

plus de 200 °C est une condition nécessaire [104,113,114]. Cependant, lorsque nous

utilisons un substrat organique, le dépôt des couches minces des OTC doit être effectué

à basses températures pour éviter d’avoir des effets thermiques néfastes sur le substrat

organique. Parmi les techniques citées ci-dessus, la pulvérisation cathodique est

re-connue comme l’une des techniques les plus efficaces pour élaborer des films minces

transparents et conducteurs de ZnO dopé à basses températures [115–119]. Dans le

cadre de ce travail de thèse, les couches minces nanostructurées de ZnO dopé Al ou non

dopé ont été élaborées par la technique de pulvérisation cathodique RF-magnétron au

laboratoire PROMES-CNRS de Perpignan France.

Dans le document Optimisation des dépôts sur des substrats flexibles d’oxydes transparents conducteurs nanostructurés à base de ZnO (Page 75-80)