Contribution à l'étude structurale et microstructurale de films ZnO obtenus par ablation laser

III.2.1.3. Substrat de silicium Si(111)

Les diffractogrammes des couches d'oxyde de zinc non dopé ZnO et dopé aluminium (AZO) déposées sur des substrats de Si(111) sont regroupés dans la figure III.8. Les deux pics de diffraction enregistrés pour les angles de diffraction 34 et 72,8° correspondent aux plans (002) et (004) de la structure hexagonale wurtzite ZnO. La raie la plus intense (28.4°) est caractéristique des plans (111) du substrat Si(222). Les couches AZO présentent toujours une croissance préférentielle suivant l'axe c. On remarque également que l'intensité du pic (002) diminue quand le taux de dopage d'aluminium croîts. A partir de ces diagrammes de diffraction nous pouvons conclure que l'incorporation de l'aluminium comme élément dopant n'affecte pas le réseau des films ZnO déposés sur du verre ou sur silicium monocristallin Si(100) et Si(111).

Pour ZnO pur, le pic apparaît à 34.40°, alors que pour les échantillons AZO dopés 3 et 5% at. Al, la même raie se position à 34.41° et 34.60° respectivement.

Le pic (002) de film ZnO dopé déplacé vers la forte valeur de è, ceci conduit à une diminution du paramètre c, donc la distance inter réticulaire dans le film. Cette diminution du paramètre de réseau est produite probablement par l'incorporation des ions Al⁺³ dans les sites substitutionnels. L'incorporation substitutionnel de l'ion Al⁺³ dans les sites de Zn⁺² lieu dans ces conditions de croissance. La substitution de Zn⁺² par Al⁺³ conduite à une contraction du réseau.

Intensite

450000

400000

350000

300000

250000

200000

500000

150000

100000

50000

0

Si(111)

21000

18000

15000

12000

9000

6000

3000

(002)

0

33,0 33,5 34,0 34,5 35,0 35,5 36,0

Si(222)

400

250

200

350

300

150

100

50

(004)

0

71,5 72,0 72,5 73,0 73,5 74,0

ZnO/Si(111) AZO3/Si(111) AZO5/Si(111)

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

2è(degrée)

Figure III.8. Spectres DRX de couches minces ZnO et AZO déposés sur le substrat Si(111). Tableau III.3. Variation des paramètres de réseau des films minces ZnO et AZO déposées sur Si(100)

couche	2è (°)	Taille des grains (nm)	Distance inter réticulaire (nm)	Contrainte (GPa)	Paramètre de la maille c (nm)
ZnO	34.40	40	0.2607	- 0.4025	0.5214
3 %at. Al: ZnO	34.41	38	0.2606	- 0.3578	0.5213
5 %at. Al: ZnO	34.60	25	0.2592	+ 0.8945	0.5184

Les valeurs du paramètre c varient pour cette série d'échantillons, entre 0.5184 et 0.5214 nm (tableau III.3).

La taille des grains décroît de 40 à 25 nm quand la concentration d'aluminium varie de 0 à 5% atomique.

La variation de la taille des grains en fonction du pourcentage d'aluminium est représentée sur la figure III.9. On remarque que la taille des grains diminution avec le dopage d'aluminium.

La couche mince ZnO non dopée est caractérisée par une meilleure cristallinité par rapport aux autres couches dopées à l'aluminium.

Taille des grains (nm)

38

36

34

32

30

28

26

24

42

40

ZnO

AZO3

AZO5

Figure III.9. Variation de la taille des grains des couches minces de ZnO et AZO déposées sur
Si(111) en fonction du taux de dopage d'aluminium.

La variation de la contrainte en fonction du dopage d'aluminium est montrée sur la figure III.9. Elle varie de (-0.425 GPa) à (+0.8945 GPa).

Contrainte (GPa)

-0,2

-0,4

-0,6

-0,8

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0

ZnO

AZO3

AZO5

Figure III.10. Variation des contraintes dans les couches minces ZnO et AZO déposées sur Si(111)
en fonction du taux de dopage en aluminium.