IV.4.3. Désordre (Energie d'urbach):
Le spray ultrasonique est une méthode de
dépôt dans laquelle la croissance du film se fait par condensation
pyrolytique. Dans cette situation, les atomes arrivant sur le substrat peuvent
se coller au point de leur atterrissage. Par conséquent, les atomes dans
le réseau du film ne sont pas généralement dans une
position idéale, d'où l'apparition des écarts dans la
largeur de la liaison Zn-O, Dans ce cas, les bords de bande décrits dans
le cas de réseaux cristallins et délimités par
Ev et Ec peuvent disparaître. On observe ce que
l'on appelle des états localisés formés en queues de bande
aux frontières de la bande interdite dans la bande de valence et de
conduction. Pour des énergies supérieures à Ec
et inférieure à Ev, se trouvent les états
étendus (figure IV.9), cet écart est connus sous le noms de
désordre. Lorsque le désordre devient trop important (par exemple
avec l'apparition de liaisons pendantes ou d'impuretés dans le
matériau), les queues peuvent s'empiéter. Nous définirons
alors la notion de paramètre d'Urbach ( E00 ) qui
correspond à des
transitions entre les états étendus de la bande de
valence et les états localisés de la bande de conduction.
Figure IV.9 : Fonction de
distribution des états d'énergie dans les bandes [22].
Il est possible de déduire le désordre à
partir de la variation des coefficients d'absorption. Le coefficient
d'absorption est lié au désordre par la loi a=
a0 . exp(hv E00), E00 étant la
largeur
de la queue de bande qui caractère le désordre.
De même, nos valeurs de l'énergie d'Urbach sont
comparables
à celles trouvées par d'autres auteurs (0,1-0,6 eV). Bougrine
et al. [23] ont
interprété l'énergie d'Urbach
E00 comme étant la largeur des bandes des
états localisés dans la
bande interdite. L'étude menée par [24] a
montré qu'il y'a une augmentation de E00 avec le
pourcentage de dopage. Song et al. [25] proposent, comme
interprétation à cette variation, les niveaux donneurs des atomes
interstitiels de zinc.
Par ailleurs, nous avons calculé la largeur de queue
E00 dans les films dopés. Les résultats
obtenus sont représentés sur la figure IV.10.
Comme on peut le voir, le traitement est accompagné successivement, pour
les films déposés à l'ambiante, par une augmentation et
une réduction du désordre, cette dernière indiquant une
meilleure réorganisation des ces films. Il faut noter que, durant la
croissance du film, la température du substrat influe sur la
mobilité des atomes arrivant en surface. Si la température du
substrat est élevée; les atomes arrivant en surface ont
suffisamment d'énergie pour se déplacer sur celui ci et trouver
un site favorable. A température élevée, il en
résulte une meilleure organisation du film. Cela explique les valeurs
élevées de E00 déterminées dans
les films élaborés à l'ambiante. Comme il est
montré sur cette
même figure, l'augmentation du désordre
apparaît dès l'introduction des dopants (0 à 8%) dans le
réseau du ZnO. Comme celui ci a une faible taille (a=2.6650 Å et
c=4.9470 Å), l'oxygène provoque sa distorsion et c'est cette
dernière qui est à l'origine de son augmentation. Au delà
de 300°C, le film adopte une structure hexagonale avec de plus larges
cellules (a=3,2499 Å et c=
5,2060 Å) ce qui favorise, sans distorsion, l'introduction
de l'oxygène sans création de désordre dans le film.
0 2 4 6 8 10
Desordre E. (meV)
400
800
600
200
700
500
300
ZnO dopé avec Al2(SO4)3 ZnO dopé avec
Al(NO3)3 ZnO dopé avec In Cl3
Dopage (% wt)
Figure .IV.10 : Variation de
désordre en fonction de pourcentage du dopage pour les trois
sources
de dopage (?:Al(NO3)3, :Al2(SO4)3, ? :InCl3).
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