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الجوهىريت الجسائريت الديوقراطيت الشعبيت REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET P

الجوهىريت الجسائريت الديوقراطيت الشعبيت REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE وزارة التعلين العالي والبحث العلوي MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE Thèse présentée en vue de l’obtention du diplôme de Doctorat en Sciences Option : Sciences des matériaux Par LEHRAKI Nadia Thème Dépôt et Caractérisation des couches minces de ZnO par spray ultrasonique Soutenue publiquement le : 15/07/2021 Devant le jury composé de : H. Ben Tamam Professeur Président Univ Med Khider de Biskra A. Attaf Professeur Rapporteur Univ Med Khider de Biskra A. Gueddim Professeur Examinateur Univ. Ziane Achour - Djelfa E. Belbacha Professeur Examinateur Univ. Batna 1 جاهعت دمحم خيضر– بسكرة كليت العلىم الدقيقت و علىم الطبيعت و الحياة قسن علىم الوادة الورجع: Université Mohamed Khider- Biskra Faculté des sciences Exactes et des Sciences de la Nature et de la Vie Département des Sciences de la Matière N° d’ordre : Remerciements i Remerciements Avant tout, je remercie ALLAH, le tout puissant de m’avoir accordé la volonté et la force pour réaliser ce travail. (َو ِف َو ْو ِفا ُت ِف يُتا َو َّك ْو ُتا اّل ا ِف اِفا َو َو ْو ِفا َو ْو ِف يِف ا ِف َو َو ا َو ) (ا ه د /ا88 ) Le présent travail a été effectué au Laboratoire des couches minces du Laboratoire de Physique des Couches Minces et Applications (LPCMA), sous la direction du professeur A. Attaf Doyen de la Faculté SESNV à qui je tiens à remercier vivement pour m’avoir offert l’opportunité d’effectuer cette thèse, pour ses précieux conseils, ses orientations fructueuses et pour son suivi scientifique, avec sa volonté de compléter ma thèse et de ne pas l'abandonner, merci encore une fois. Je tiens également à exprimer mes profondes reconnaissances aux Pr. M. S. Aida et Pr. N. Attaf pour leurs soutien, ses encouragements et ses précieux conseils, sans quoi, je n’aurais savoir terminer une grande partie de ce travail. Mes remerciements à Mr. H. Bentamam, professeur à l’université de Biskra pour l’honneur qu’il a bien voulu me faire en acceptant de présider le jury. Je voudrais remercier chaleureusement et exprimer ma reconnaissance aux membres du jury qui ont bien voulu évaluer ce travail de thèse et de se déplacer à ma soutenance: Mr. E. Belbacha, Professeur à l’université de Batna 1, Mr. A. Gueddim Professeur à l’université de Ziane Achour- Djelfa, Je présente mes remerciements à Mr. M. Poulain ex-directeur de laboratoire des matériaux photoniques à l’Université de Rennes 1, pour m’avoir accueillie au sein du laboratoire et d’avoir bien dirigé mes stages. Je suis particulièrement reconnaissant au Professeur. S. Rahmane pour son précieux aide pour l’analyse spectroscopie UV-vis. Le professeur T. Tebermacine pour les mesures quatre pointes au sein de laboratoire LMSM, et je remercie aussi, le technicien de laboratoire LPCMA, qui, grâce à leurs précieuses aides ce travail a pu voir le jour. Remerciements ii J’adresse mes plus chaleureux remerciements à mon amie Nora amele Abdeslam, à qui j’exprime mon admiration pour ses qualités humaines, ses remarques constructives, ses compétences qui m’ont énormément aidé au cours de la rédaction de ce manuscrit. Je voudrais exprimer mes sincères remerciements à Dr. Malika Nouadji, pour son intérêt qu’elle a porté à la réalisation d’une partie de ce travail et pour ses encouragements incessants. J’adresse également mes sincères remerciements à Dr. Fatima Sreti, pour sa sympathie, sa disponibilité, et son aide précieux. J’aimerai exprimer toute ma reconnaissance M. Othmane et F. Bouaichi membres de notre laboratoire pour l’esprit d’équipe, merci pour tout. Avec mes profonds sentiments de reconnaissance, je voudrais remercier tout particulièrement mes parents qui voulaient tant me voir réussir et pour leur soutien précieux et inestimable. Je pense également à mes frères, mes sœurs qui me supportent depuis toujours. Je suis très fier de les avoir à mes côtés. Par ailleurs, je ne saurais oublier de remercier mon cher époux A. Merabet pour leur compréhension, soutien et affection, à mes enfants : Bara, Oubai, Yamane, Ouais et ma fille Ilaf. Finalement, je tiens également à adresser mes remerciements à tous mes amis et collègues du laboratoire LPCMA. Merci aussi aux collègues avec qui j’ai travaillé pendant 15 ans à l’université de Biskra. A toutes les personnes qui de loin ou de près, ont contribué par leur amitié et leurs encouragements à la mise en œuvre de ce travail. Nadia Lehraki Table des matières iii Table des matières Remerciements…………………………………………………………………….......... i Table des matières………………………………………………………………………. iii Liste des figures……………………………………………...…………………………. vi Liste des Tableaux……………………………………………………………………… ix Introduction générale…………………………………………………………………… 1 Chapitre I: Bibliographie sur l’oxyde de Zinc. I-1 Introduction……………………………………………………………………….. 6 I-2 Matériau : ZnO…………………………………………………………………… 6 I-3 Différentes propriétés de ZnO……………………………………………………. 6 I-3-1 Structures cristallographiques du ZnO ………………………………………. 6 I-3-2 Structure de bande électronique du ZnO ……………………………………... 9 I-3-3 Propriétés optiques ………………………………………………………….. 10 I-3-4 Propriétés électriques ………………………………………………………… 11 I-3-4-1 Dopage de type n ………………………………………………………… 12 I-3-4-2 Dopage de type p ………………………………………………………… 12 I-3-5 Les morphologies du ZnO …………………………………………………… 12 I-4 Conclusion ………………………………………………………………………… 13 Références bibliographique du chapitre I …………………………………………….. 14 Chapitre II: Généralité sur les couches minces et techniques de déposition. II-1 Introduction …………………………………………………………………… 19 II-2 Définition d'une couche mince……………………………………………………. 19 II-3 Mécanisme de formation d'une couche mince……………………………………... 19 II-4 Techniques des dépositions des couches minces…………………………………... 23 II-5 Spray Pyrolyse (SP)………………………………………………………………... 24 II-5-1 Classification des techniques de spray pyrolyse. …………………………… 25 II-5-1-1 Le principe de fonctionnement d’un atomiseur ultrasonique……………. 26 II-5-1-2 La capacité d’application………………………………………………… 27 II-5-1-3 La prédiction de la taille des gouttelettes………………………………... 27 II-5-2 Avantages et les inconvénients du spray pyrolyse…………………………… 29 II-5-3 Processus de dépôt impliqués dans spray pyrolyse…………………………. 30 II-6 Conclusion…………………………………………………………………………. 31 Références bibliographique du chapitre II. …………………………………………..... 32 Table des matières iv Chapitre III : Méthode d’élaboration et de caractérisation des couches minces. III-1 Introduction…………………………………………………………………... . 35 III-2 Déposition par spray ultrasonique……………………………………………….. 35 III-2-1 Conditions expérimentales avant déposition………………………………… 35 III-2-2 Déposition des couches minces. …………………………………………….. 36 III-3 Techniques de caractérisations…………………………………………………… 37 III-3-1 Caractérisation structurale. …………………………………………………. 38 III-3-1-1 La diffraction des rayons X. ………………………………………….. 38 III-3-1-1-1 Coefficient de texture…………………………………………….. 39 III-3-1-1-2 Paramètres de maille. …………………………………………….. 40 III-3-1-1-3 Mesure la taille des grains. ………………………………………. 41 III-3-1-1-4 Mesure les contraintes des couches. ……………………………... 42 III-5-1-1-5 Densité de dislocation de couche mince…………………………. 44 III-3-2 Caractérisation morphologique. …………………………………………….. 44 III-3-2-1 La microscopie électronique à balayage……………………………….. 44 III-3-2-2 La spectroscopie à dispersion d’énergie (EDX)……………………….. 45 III-3-3 Caractérisation optique………………………………………………………. 46 III-3-3-1 Mesure de la transmittance. ………………………………………… 46 III-3-3-1-1 Mesure du gap optique. ………………………………………… 46 III-3-3-1-2 Mesure de l’énergie d’Urbach. ………………………………… 47 III-3-3-1-3 Indice de réfraction. ……………………………………………. 48 III-3-4 Caractérisation électrique……………………………………………………. 49 III-3-4-1 Mesure de la résistivité électrique. ………………………………. 49 III-4 Condition d’optimisation des couches minces…………………………………… 51 III-5 Conclusion………………………………………………………………………. 51 Références bibliographiques du chapitre III. …………………………………………... 52 Chapitre IV : Effet de précurseur de Zinc sur les propriétés des couches minces de ZnO (Résultats et discussions) IV-1 Introduction……………………………………………………………………… 56 IV-2Caractérisations morphologiques………………………………………………… 57 IV-3 Caractérisations structurale……………………………………………………… 59 IV-3-1 Texture coefficient………………………………………………………… 62 IV-3-2 Paramètres de maille a et c………………………………………………….. 63 IV-3-3 les contraintes bi-axiales……………………………………………………. 64 IV-3-4 Taille des grains……………………………………………………………. 65 IV-3-5 Dislocations………………………………………………………………… 66 Table des matières v IV-4 Caractérisations optiques…………………………………………………………. 67 IV-4-1 Caractérisation par la spectroscopie UV-Vis……………………………… 67 IV-4-1-1 Energie du gap……………………………………………………… 69 IV-4-1-2 Energie d’Urbach…………………………………………………… 71 IV-4-1-3 Indice de réfraction…………………………………………………. 72 IV-5 Conclusion………………………………………………………………………. 74 Références bibliographiques du chapitre IV…………………………………………… 75 Chapitre V : Elaboration et caractérisation des couches minces de ZnO :Sn (Résultats et discussions) V-1 Introduction……………………………………………………………………….. 80 V-2 Caractérisation des couches minces de ZnO : Sn (Avant recuit)………………… 81 V-2-1 Analyse de composition (Etude par microanalyse)…………………………. 81 V-2-2 Caractérisation structurales…………………………………………………. 83 V-2-3 Caractérisation morphologique……………………………………………... 88 V-2-4 Caractérisation optique……………………………………………………… 89 V -2-4-1 Spectre de Transmission………………………………………………. 89 V -2-4-2 Détermination de la largeur de la bande interdite……………………... 90 V -2-4-3 Détermination de l’énergie d’Urbach………………………………….. 92 V-2-5 Caractérisations électriques ………………………………………………… 94 V-2-5-1 La conductivité électrique ……………………………………………. 94 V-2-6 Les conditions optimisées en vue l’application opto-électrique…………….. 95 V-3 Caractérisation des couches minces de ZnO : Sn (Après recuit)………………….. 97 V-3-1-Le recuit pour le cas de précurseur de Nitrate de Zinc ……………………. 99 V-3-1-1 Caractérisation électrique………………………………………………. 99 V-3-1-2 Caractérisation optique……………………………………………….... 99 V-3-1-2-1 Spectre de transmission …………………………………………... 99 V-3-1-3 Caractérisation structurale……………………………………………. 100 V-3-2- Le recuit pour le cas de précurseur de l’acétate de Zinc………………….. 102 V-3-2-1 Caractérisation électrique et optique………………………………….. 102 V-3-2-2 Caractérisation structurale……………………………………………. 104 V-4 Conclusion………………………………………………………………………… 108 Références bibliographiques du chapitre V…………………………………………….. 109 Conclusion générale…………………………………………………………………….. 115 Liste des Figures vi Listes des Figures Chapitre I : Figure I-1 (a) Une vue trois dimension du cristal wurtzite du ZnO. (b) indique les projections orthogonales des atomes dans le plan (0001)………………… 7 Figure I-2 Cristal wurtzite montrant la structure cristalline hexagonale, les tétraèdres et les sommets puis l’atome contenu dans le tétraèdre………… 7 Figure I-3 Présentation du gap de l’oxyde de zinc…………………………………... 9 Figure I-4 Principaux semi conducteurs : énergie de gap et longueur d’onde associée en fonction de leur paramètre de maille………………………… 10 Chapitre II : Figure II-1 Relation entre la forme de l'îlot et les énergies superficielle et inter- faciales dans la croissance tridimensionnelle…………………………... 21 Figure II-2 Energie en fonction du nombre de couche présentant un point d'inflexion………………………………………………………………. 22 Figure II-3 Les trois principaux modes de croissance des couches minces………… 23 Figure II-4 Méthodes générale de dépôt des uploads/Geographie/ these-de-doctorat 1 .pdf