Synthesis and characterization of Zinc Oxide (ZnO) Thin films deposited by spray pyrolysis for applying: electronics and photonics

OTHMANE, MOHAMED (2018) Synthesis and characterization of Zinc Oxide (ZnO) Thin films deposited by spray pyrolysis for applying: electronics and photonics. Doctoral thesis, UNIVERSITE MOHAMED KHIDER BISKRA.

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Abstract

Dans notre étude, nous avons déposé un film transparent d'oxyde transparent par deux méthodes différentes, la première est la pyrolyse par pulvérisation pneumatique et la seconde est la pyrolyse par pulvérisation ultrasonique, pour étudier cinq facteurs et leurs effets sur les caractéristiques des couches minces d'oxyde de zinc. Dans la pyrolyse par pulvérisation pneumatique, nous avons déposé des films minces d'oxyde de zinc non dopés pour vérifier l'effet du débit de pulvérisation et de la pression de l'air de dépôt. Dans la pyrolyse par pulvérisation ultrasonique, nous avons divisé notre étude en deux parties. La première était d'étudier les effets de la température du substrat sur les propriétés des films minces d'oxyde de zinc non dopé et d'étudier l'effet des dopants en aluminium et en le fluor sur des films minces d'oxyde de zinc. L'ensemble des films minces d'oxyde de zinc a été analysé par de nombreuses techniques : la diffraction des rayons X, la microscopie électronique à balayage UV-Vis, l'effet Hall, la technique à quatre et deux pointes. Dans le procédé de pulvérisation pneumatique, nous avons observé que les films déposés à 0,5 jusqu'à 1,5 bar présentés une bande interdite d'environ 3,369 eV avec une conductivité électrique de 0,9 × 103 (Ω.cm)-1. Le spectre de diffraction des rayons X indiquait que les films étaient cristallins avec une structure hexagonale avec le seul pic de diffraction (002). Nous concluons qu'il existe un facteur très important pour obtenir les meilleures propriétés entre la pression de l'air de dépôt et le débit de la solution. Dans la deuxième partie, nous avons observé que la température du substrat était de 350 °C pour obtenir de bonne réaction sur le substrat, en plus que les diagrammes XRD montraient que les films ZnO avaient une nature polycristalline et une structure wurtzite hexagonale d’orientation préférentielle avec (100) et ( 002) à haute température, où la conductivité électrique des films ZnO est passée de 3,87 × 10-3 (Ω.cm)-1 à 41,58 (Ω.cm)-1. Ainsi que dans l'étude du dopage avec de l'aluminium ZnO, la diffraction des rayons X et l'analyse MEB ont montré que les films AZO sont été cristallisés en structure polycristalline avec une structure wurtzite hexagonale selon l'orientation de croissance (002), en outre il y a une diminution de la bande interdite de 3. 38 à 3. 27 eV, le plus faible une résistivité (2,32 x 10-3 Ω.cm) a été observée pour les films AZO avec 5 at%. En outre, l'effet du dopage au fluorine sur les propriétés des couches minces de ZnO est évident dans notre étude. Les films FZO ont montré que les films ont des pics qui correspondent à la structure wurtzite hexagonale de ZnO. Là où le pic de diffraction est le (002), l'ensemble des films FZO se densifient après 2% atomique de fluorine. Dans l'étude électrique, on observe que la conductivité électrique augmente lorsque le dopage augmente, 1.68 × 102 (Ω.cm)-1 à 5at% de dopage au fluorine

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