L’effet du dopage et du co-dopage (Al, Co) sur les propriétés des couches minces de ZnO élaborées par spray pyrolyse ultrasonique

Abstract

Ce travail porte sur l’étude de l’effet du dopage à l’aluminium et du co-dopage au cobalt sur les propriétés structurales, optiques et électriques des couches minces de ZnO élaborées par la technique de spray pyrolyse ultrasonique à 360 °C sur des substrats de verre et de silicium. Des couches minces de ZnO non dopé et dopé à 1,5 % d’aluminium ont été préparées, ainsi qu’une série d’échantillons co-dopés (Al, Co) avec une teneur fixe en Al (1,5 %) et une concentration en cobalt variant de 1 % à 9 %. Les couches ont été caractérisées par profilométrie, la spectroscopie FTIR, laspectroscopie Raman, la spectrophotométrie UV-Vis-NIR et les mesures I–V afin de déterminer respectivement l'épaisseur, les modes vibrationnels des liaisons chimiques, la structure cristalline, les propriétés optiques et les propriétés électriques. Les résultats obtenus montrent que tous les films conservent la structure hexagonale de type wurtzite, confirmant une bonne incorporation des dopants dans le réseau cristallin. L’énergie de bande interdite diminue de 3,285 eV (ZnO pur) à 3,00 eV (7 % Co), attribuée au phénomène de rétrécissement de bande interdite (BGN). Les mesures I–V indiquent qu’un dopage à 1 % de Co améliore la conductivité électrique, tandis qu’une concentration plus élevée augmente la résistivité en raison des défauts de structure induits. Ces résultats mettent en évidence le potentiel des couches minces ZnO:(1,5 % Al, x % Co) avec x = 1, 3, 5, 7, 9 pour des applications optoélectroniques telles que les cellules photovoltaïques, les photodétecteurs UV et les capteurs optiques et électroniques.