III.3. Analyse par AFM
En général, la rugosité de surface est un
paramètre physique important dont l'influence sur certaines
propriétés, notamment optique, peut être non
négligeable. C'est pourquoi, on a jugé nécessaire et
intéressant d'analyser l'état de surface des films ZnO et AZO
fabriqués par la technique PLD dans le cadre de ce travail. Pour cela,
on a utilisé un microscope à force atomique AFM.
III.3.1.Effet de dopage
La figure III.23 montre des images AFM en 2D et 3D dimensions
des couches d'oxyde ZnO et AZO déposées sur des substrats en
verre. La rugosité Ra de surface des différents
échantillons a été calculée à partir des
images AFM en utilisant le logiciel "NanoRule" et les valeurs obtenues sont
présentées dans le tableau III.8. Ces valeurs montrent que la
rugosité Ra des couches ZnO est plus faible pour les films minces
dopés AZO. Autrement dit, la surface de la couche ZnO pur est plus
rugueuse que la surface des films dopés AZO. Ce résultat est de
grande importance vu que les morphologies de surface ont une application
potentielle dans l'amélioration du piégeage de la lumière
et particulièrement dans le domaine photovoltaïque.
Tableau III.8. Valeurs de la
rugosité de surface des couches ZnO et AZO déposées sur
des substrats verre.
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Matériau
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Rugosité de surface Ra (nm)
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|
ZnO
|
15.61
|
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AZO3
|
5.29
|
|
AZO5
|
10.74
|
La figure III.24 présente des images AFM des couches ZnO
et AZO déposées sur des substrats de Si(100).
Les valeurs obtenues de la rugosité de surface des
différents échantillons on été calculées
à partir des images AFM et elles sont regroupées dans le tableau
III.9.
Contrairement au cas précédent des
échantillons préparés sur du verre, la couche est plus
rugueuse sur le substrat Si(100). De plus, morphologie des couches montre des
structures denses et compactes, ce qui les rend en pratique très
efficaces dans le piégeage de la lumière dans les cellules
solaires en couches minces à base de silicium.
Tableau III.9. Valeurs de la
rugosité de surface des couches ZnO et AZO déposées sur
des substrats Si(100).
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Matériau
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Rugosité de surface Ra (nm)
|
|
ZnO
|
6.45
|
|
AZO3
|
11.55
|
|
AZO5
|
3.10
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Par contre, dans le cas du substrat Si(111), les
résultats des observations AFM (figure III.25, tableau III.10) montrent
une rugosité de surface d'une valeur moyenne indépendamment du
dopage en aluminium et une structure relativement moins dense.
La figure III.26 illustre les images 2D et 3D AFM de surface
des films ZnO et AZO déposés sur des substrats de silicium
polycristallin et les valeurs correspondantes de la rugosité sont
mentionnées dans le tableau III.11. Il est intéressant de
constater dans ce cas que le dopage induit une rugosité de surface
très importante pouvant atteindre environ 70 nm dans
l'échantillon AZO3. La structure est plus ou moins compact avec des
grains de forme pyramidale.
(a)
(b)
(c)
Figure III.23. Images 2D et 3D AFM des couches
minces ZnO et AZO déposées sur du verre:
ZnO pur (a), AZO3
(b), AZO5 (c) enduisant plus de 2.34 ìm X 2.34
ìm.
(a)
(b)
(c)
Figure III.24. Images 2D et 3D AFM des couches
minces ZnO et AZO déposées sur Si(100):
ZnO pur (a), AZO3 (b),
AZO5 (c) enduisant plus de 2.34 ìm X 2.34 ìm.
(a)
(b)
(c)
Figure III.25. Images 2D et 3D AFM des couches
minces ZnO et AZO déposées sur Si(111):
ZnO pur (a), AZO3 (b),
AZO5 (c) enduisant plus de 2.34 ìm X 2.34 ìm.
(a)
(b)
(c)
Figure III.26. Images 2D et 3D AFM des couches
minces ZnO et AZO déposées sur Si-poly:
ZnO pur (a), AZO3 (b),
AZO5 (c) enduisant plus de 2.34 ìm X 2.34 ìm.
Tableau III.10. Valeurs de la
rugosité de surface des couches ZnO et AZO déposées sur
des substrats Si(111).
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Matériau
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Rugosité de surface Ra (nm)
|
|
ZnO
|
9.36
|
|
AZO3
|
5.95
|
|
AZO5
|
8.78
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Tableau III.11. Valeurs de la
rugosité de surface des couches ZnO et AZO déposées sur
des substrats Si-poly.
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Matériau
|
Rugosité de surface Ra (nm)
|
|
ZnO
|
7.05
|
|
AZO3
|
67.66
|
|
AZO5
|
22.83
|
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