Conclusion Générale
Conclusion Générale
Ce mémoire de magister a porté sur la croissance
et les caractérisations de films minces d'oxyde de Zinc non dopés
(ZnO) et dopés en aluminium (AZO). Les couches minces ZnO et AZO ont
été déposées par ablation laser pulsé (PLD)
sur des substrats de verre et Si chouffés à 450°C. Cette
technique (PLD) à permis la croissance de films bien orientés
avec un très bon contrôle des éléments
déposés.
Cette étude est scindée en deux étapes.
La première étape de l'étude à porté sur
l'effet de dopage et la deuxième étape a concerné la
déposition de films sur différents substrats.
Les spectres obtenus par la méthode RBS permettent de
déterminer l'épaisseur et la proportion d'oxygène et de
zinc et renseigne sur le dopage en aluminium. Les spectres simulés
montrent la présence des couches ZnO d'épaisseurs 120- 370 nm
avec une distribution homogène de la concentration en aluminium dans les
films dopés.
Les couches minces de ZnO présentent
généralement une structure hexagonale de type wurtzite. Deux pics
de diffraction ont été enregistrés pour des angles de
diffraction 2è égaux à 34 et 72° et qui correspondent
aux pics (002) et (004) de la structure hexagonale wurtzite. Les couches AZO
présentent une croissance préférentielle suivant l'axe c.
De plus, aucun pic relatif à Al ou Al2O3 n'a
été observé. L'analyse par DRX indique que les couches
minces ZnO et AZO déposées ont une structure cristalline de haute
qualité avec une orientation préférentielle suivant l'axe
c.
Les pics de DRX pour certains échantillons se
déplacent vers les fortes valeurs de è d'antant plus que la
teneur du dopant Al augmente. Ceci conduit à une diminution du
paramètre c, donc, la distance inter réticulaire, qui est
égale à c/2 pour le plan (002) dans la structure hexagonal
wurtzite. Les valeurs du paramètre c de la maille, déduites des
spectres de la DRX, varient entre 0.5184 et 0.5220 nm. Cette diminution du
paramètre de réseau est produite probablement par l'incorporation
des ions AL+3 dans les sites substitutionnels.
Les pics de DRX dans autres échantillons se
déplacent vers les faibles valeurs de è, ce qui correspond
à une augmentation du paramètre c. Cette augmentation du
paramètre de réseau est produite probablement par l'incorporation
des ions Al+3 dans les sites interstitiels. La substitution de
Zn+2 par Al+3 ne conduite pas à une dilatation du
réseau.
La taille des grains est calculée en utilisant la formule
de Debye- Scherrer. Elle décroît, d'environ 12 à 40 nm
quand la concentration du aluminium varie de 0 à 5% atomique.
La couche mince non dopée déposée sur un
substrat Si(111) présente la taille des grains la plus grande, ce qui
atteste d'une meilleure cristallinité par rapport aux autres couches
dopées en aluminium.
D'une manière générale, le dopage de film
et la présence des impuretés sont des moyens très
efficaces pour augmenter ou réduire les contraintes internes des
matériaux élaborés sous forme de couches minces. Les
contraintes dans les films ZnO ont été estimées à
partir de l'exploitation du décalage de la position du pic (002) des
spectres de diffraction X par rapport à è= 34°. Les valeurs
des contraintes trouvées dans les couches sont situées entre (-
0,6709) et (+ 0,8945) GPa. La présence des contraintes extensives est
probablement due à substitution d'atomes étrangers dans le
réseau cristallin.
L'étude par AFM de la morphologie de la surface des
échantillons ZnO dopé en aluminium sur les différents
substrats permet d'avoir une idée relative à l'effet de dopage en
aluminium et de la nature des substrats sur la rugosité surfacique des
films. Les valeurs de la rugosité de surface des couches ZnO
déposées sur les substrats de verre, de silicium polycristallin
et monocristallin varient entre 3.10 et 67.66 nm.
Tous les films ont montré une transmission moyenne de
75% dans la région visible, Un déplacement vers le bleu est
remarquable à la limite d'absorption de ZnO avec l'augmentation de la
concentration d'aluminium dans les films, car elle même à un
accroissement de la largeur de la fenêtre de transmission.
Les énergies de bande interdites
déterminées à partir des spectres pour les couches minces
déposées sur de verre obtenus sont 3.23 pour film de ZnO et 3.36
eV pour les couches ZnO dopé à aluminium. L'indice de
réfraction diminue avec la concentration du dopage d'aluminium et varie
de 2,34 pour ZnO jusqu'à 2,31 pour AZO.
Les couches AZO synthétisées présentent
une forte transparence et une surface plus ou moins rugueuse, ce qui les rend
très adaptées pour une application de contact de surface dans les
cellules solaires en couches minces.
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