DEPOT ET CARACTERISATION DE COUCHES MINCES DE ZnO PAR SPRAY PYROLYSE

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Conclusions et Perspectives

Cette thèse se proposait de réaliser un banc de dépôt des couches minces par la méthode dite spray pyrolyse. Pour ce faire, not r e t r a va i l s ’ e s t dé c ompos é e n de ux poi nt s essentiels à la concrétisation de l ’ obj e c t i f :

♦ La r é a l i s a t i on d’ un ba nc de dé pôt de couches minces au niveau de notre laboratoire.

♦ Dé pos i t i ons e t c a r a c t é r i s a t i ons de c ouc he s mi nc e s d’ oxyde de zi nc conducteur et transparent non dopé élaborées par procédé spray pyrolyse.

Dans la première partie, nous avons mont r é qu’ i l e s t pos s i bl e de réaliser et de mettre au point un système (banc expérimental) de dépôt de couches minces de ZnO par la technique spray pyrolyse.

Dans la deuxième partie, des couches de ZnO ont été élaborées sur des substrats en verre pa r l ’ i nt e r mé di a i r e de not r e s ys t è me qui ut i l i s é l e pr oc é dé spray pyrolyse.

Pour mont r e r l ’ e f f i c ac i t é de not r e s ys t è me nous a vons donc é t é a me né s à e xpl or e r di ve r s e s pos s i bi l i t é s e xpé r i me nt a l e s , e n vue de l ’ obt e nt i on de c ouc he s m inces de ZnO de bonnes qualités optoélectroniques. Dans ce but, nous avons testé les deux précurseurs, le nitrate de zi nc hydr a t é à s i x mol é c ul e s d’ e a u e t l e c hl or ur e de zi nc a nhydr e . Da ns t ous l e s ca s , nous a vons ut i l i s é l ’ e a u di s t i l l é e c omme s ol va nt e t l ’ a i r c omme ga z por t e ur .

Pour parvenir à l ’ opt i mi s a t i on de not r e s ys t è me , une é t ude a s s e z c ompl è t e de l'influence des conditions de déposition sur les caractéristiques structurales, électriques et optiques des couches a été nécessaire.

• L’ i nf luence de la température du substrat.

• L’ i nf l ue nc e du temps de dépôt.

• L'influence de la molarité de la solution du départ.

• L'influence de type du précurseurs dissous dans l'eau distillé

A partir des résultats obtenus lors des différentes caractérisations menées et des discussions

correspondantes, on peut conclure les conditions de dépôt nécessaires pour obtenir

des couches de ZnO optimales en tant que TCO rugueux.

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Les principales conclusions qui ressortent de cette étude expérimentale sont :

◘ La t ec hni que d’ é l a bor a t i on de s c ouc he s ut i l i s é e e s t é c onomi que , s i mpl e e t a da pt é e a ux conditions techniques locales.

◘ L’ a ppa r e i l l a ge ( l e s ys t è me ) de pr oc é dé s pr ay pyr ol ys e c ons t r ui t a donné de s r é s ul t a t s satisfaisants.

◘ Des couches minces de ZnO dont l ’ é pa i s s e ur es t i nf é r i e ur e à 1µm, de faible résistivité électrique (<10

Ω. c m) , d’ un ga p d’ é ne r gi e de l ’ or dr e de 3.3 eV et d’ une transmission optique dans le visible supérieure à 80% ont été élaborées à des températures de substrat variant entre 350

c et 600

c.

◘ Dans le processus de déposition des couches ZnO par spray pyrolyse, la première phase (~3minutes) peut être considérée comme une phase transitoire. L’ é pa i s s e ur du film varie linéairement avec la molarité de la solution. La morphologie des films dépend de la nature de l a s ol ut i on de ba s e . L’ obs e r va t i on au MEB de la surface des couches ZnO élaborées à pa r t i r du ni t r a t e de zi nc a r é vé l ée l ’ a ppa r i t i on de l i gne s pa r t i c ul i è r e s ( na not ube s ) qu’ i l f a ut étudier en détail.

◘ Nous pouvons également constater une corrélation entre les mesures électriques et les caractéristiques structurelles.

◘ Il apparaît que la transmittance des couches est une fonction de leurs épaisseurs.

◘ Les variations de valeurs de la résistivité du ZnO résultent de deux paramètres :

• la stoechiométrie du matériau:

Dans ce cas, ce sont les atomes de zinc en excès qui agissent comme impuretés.

• Augmentation du degré de la cristallisation:

Cet effet a été attribué à l ’ a ugme nt a t i on de l a vi t e s s e de s r é ac t ions chimiques (taux de dépôt).

◘ La température est un paramètre de dépôt qui influence notablement sur la résistivité du

matériau. Une température de l’ ordre de 480°c est critique dans la variation des propriétés

électrique du matériau. Au-delà de cette valeur le substrat peut jouer le rôle de recuit

pendant le dépôt.

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Enfin, les différentes perspectives que l ’ on pe ut e nvi s age r pour la suite de ce travail : 1- Caractérisations supplémentaires

Quelques mesures supplémentaires pourraient encore être effectuées sur les couches de ZnO déposées lors de ce travail de thèse par exemple :

• Microscope à force atomique (Atomic Force Microscopy, AFM). Cette technique de mesure pe r me t d’ obt e ni r l a va l e ur moyenne r ms ( Root Me a n Squa r e ) de l a r ugos i t é de s ur f a ce de c e s couches.

• Mi c r ogr a phi e s MET des c ouc he s de ZnO. Le MET per me t d’ é t udi er l a s t r uc t ur e e t le mode de croissance des films de ZnO.

• Le s me s ur e s d’ ef f e t Ha l l , l ’ e f f e t Ha l l me s ur e éga l e me nt l a r é s i s t i vi t é ma i s pe r me t principalement de déterminer la densité et la mobilité des porteurs dans les films. Il devient alors possible de lier les propriétés structurales et électriques.

2- Etendue des variations des paramètres de dépôt :

Tous les paramètres de dépôt étudiés lors de ce travail de thèse ont été variés relativement sur de larges gammes de valeur. Cependant, les résultats observés laissent penser de faire varier ces paramètres sur des plus grandes gammes de va l e ur s , a f i n de voi r s ’ i l y’ a une amélioration significative des propriétés des couches de ZnO.

3-Amélioration du système pour faire le dopage :

I l e s t pos s i bl e d’ a mé l i or e r l a t e c hni que de dé pôt par Spr ay Pyr ol ys e dé ve l oppée da ns

notre laboratoire en augmentant la décomposition et la réactivité des divers composants

nécessaires à la croissance du ZnO et à son dopage par d'autres matériaux comme

L’ Al umi ni um .