Chapitre 3 : Elaboration et caractérisation des
couches de TiO2
3.6.2 Type de conductivité
Dans cette partie nous étudierons le comportement
électrique des couches minces de TiO2 déposées sur des
substrats de verre et de silicium à différentes
température de substrat : température ambiante, 100, 200 et
300°C.
3.6.2.1 Principe
La détermination du type de conductivité des
échantillons (N, P ou intrinsèque) dans le laboratoire se fait
par la méthode de la pointe chaude ou bien « hot point probe».
C'est une méthode facile, rapide et efficace. Elle se base sur l'effet
thermoélectrique appelé aussi l'effet Seebeck. En effet, si un
matériau est soumis à un gradient de température, un
potentiel électrique se manifeste entre la région froide et la
région chaude. Le signe de ce potentiel est relié au signe des
porteurs de charges et l'amplitude est proportionnelle à la
différence de température. Expérimentalement, nous avons
utilisé un galvanomètre relié aux deux pointes, l'une
chauffée et l'autre non chauffée, et un étalon couche de
silicium de type N comme référence. Si le sens de
déviation du « spot » est le même que celui de la couche
référence alors notre semi-conducteur est de type N et dans le
cas contraire il est de type P sinon la couche est intrinsèque (voir
Fig. 3.31).
Pointe froide
Pointe chaude
Couche mince
type P
Galvanomètre
Spot
Couche référence Si (N)
Substrat (Si (P) ou Verre)
Fig. 3. 31 Principe de la méthode de la pointe
chaude
3.6.2.2 Résultats et discussion
Le tableau 3.10 rassemble le type de
conductivité des couches élaborées sur des substrats de
verre et de silicium pour différentes température de
croissance.
Tab. 3. 10 Types de conductivité des CMs de
TiO2
Chapitre 3 : Elaboration et caractérisation des couches de
TiO2
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Température du
substrat
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Substrat en Si (p)
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Substrat en verre (I)
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Phase(s) de TiO2
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Type
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Phase(s) de TiO2
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Type
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Tamb
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Anatase
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P
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Amorphe
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N-- (I)
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100°C
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Anatase>>Rutile
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P+
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Rutile
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N- (I)
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200°C
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Anatase > Rutile
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N++
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Rutile
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N
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300°C
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Anatase Rutile
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N++
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Rutile
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N++
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Les couches de TiO2 déposées sur des substrats
de verre à température ambiante et à 100°C sont
très résistives et presque intrinsèques par compensation.
On remarque que la conductivité est une fonction croissante de la
température de substrats, et par suite la résistivité des
couches est une fonction décroissante de la température de
substrat ce qui est en accord avec les résultats de la spectroscopie
d'impédance, tout en gardant le même type de conductivité
(N) c'est-à-dire que les électrons sont les porteurs
majoritaires. L'unique phase présente dans ces couches qui est le rutile
a gardé sa stabilité en type de conductivité.
Concernant les couches déposées sur des
substrats de silicium, la conductivité est, non seulement croissante en
augmentant la température des substrats, mais elle a changé son
type pour être fortement conductrice de type N++ à
300°C. On remarque que dès l'apparition de la phase rutile, les
couches changent de type de conductivité. Conformément à
la littérature, la phase rutile est généralement de
conductivité de type N alors que la phase anatase est souvent de type
P.
En effet, la diffraction des Rayons X a montré la
présence d'une seule phase à température ambiante et
100°C pour les couches déposées sur des substrats de
silicium mais les porteurs majoritaires dans ces couches sont les trous
contrairement aux couches déposées sur du verre. La
conductivité dépend fortement du type de substrat.
On remarque aussi qu'à basse température
(ambiante et 100 °C), le type de conductivité des couches de TiO2
est celui du substrat. Par exemple, pour les couches déposées sur
des substrats de verre le TiO2 demeure compensé. Alors que pour celles
déposées sur des substrats de silicium type P, les couches
conservent le même type de conduction.
ENIT 2009 84
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Chapitre 3 : Elaboration et caractérisation des couches
de TiO2
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