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| Titre : | Effet du dopage par le manganèse et le cobalt, sur les propriétés structurales et optiques des couches minces nanostructurées de ZnO préparées par spray pyrolyse ultrasonique | | Type de document : | texte imprimé | | Auteurs : | KHARROUBI Bachir, Auteur | | Année de publication : | 2014 | | Importance : | 145 p. | | Accompagnement : | CD | | Langues : | Français (fre) | | Catégories : | Physique:Option Technologie des Matériaux et physique des dispositifs
| | Mots-clés : | Couches minces, ZnO, Spray pyrolyse ultrasonique, würtzite, métaux de transitions.
Thin films, ZnO, ultrasonic spray pyrolysis, Würtzite, transition metals
شرائح رقيقة، ZnO ، رش فوق صوتي، وارتزيت، معادن انتقالية | | Résumé : | ZnO est un semi-conducteur du groupe II-VI avec un large gap de 3.37 eV et une large énergie excitonique de 60 meV à 300 °K. L’oxyde de zinc est attractive pours ces potentiels applications dans différents domaines de l’optoélectronique et dans les dispositifs de stockage de l’information. Dans ce contexte que deux ensembles de films de ZnO dopés manganèse (0, 1, 3 et 5 at%) et cobalt (0, 1, 3, 5, 7, 9, 11 et 13 at%), ont été déposés par une technique simple la spray pyrolyse ultrasonique sous la pression atmosphérique. La température du substrat a été fixée à 350 °C et le débit du gaz porteur à 0.25 l/min. Les paramètres de réseau calculés à partir de la DRX pour les films de ZnO :Mn sont légèrement large que ceux du ZnO cristallin indiquant bien la substitution des atomes de Zn par ceux du Mn. L’effet du Mn est très notable sur les spectres Raman et le gap optique augmente avec le dopage mettant en évidence l’effet Moss-Burstein. Par ailleurs, la présence de pics additionnels autour de 235, 470 et 538 cm-1 sont due à l’incorporation du cobalt. Ces résultats montrent que les ions de cobalt Co2+ remplacent ceux du Mn2+ dans la matrice hôte du ZnO sans changé sa structure würtzite. Les mesures optiques montrent des puits d’absorption autour de 570 (2.18 eV), 620 (2.02 eV) et 660 nm (1.88 eV) qui apparaissent sur les spectres de transmission des films de ZnO dopé cobalt confirmant les résultats de la DRX et la spectroscopie de diffusion Raman.
ZnO is an II–VI group semiconductor with a wide band gap of 3.37 eV and large exciton energy of 60 meV at 300 °K. Zinc oxide (ZnO) has been attracted a great deal of scientific attention because of their potential applications in the field of optoelectronics and data storage devices. In this fact, tow sets of samples of Mn-doped ZnO (ZnO:Mn) Co-doped ZnO (ZnO:Co) nanostructured thin films, with different percentage of Mn content (0, 1, 3 and 5 at%) and Co content (0, 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 at%) were deposited by a simple ultrasonic spray pyrolysis method under atmospheric pressure. Substrate temperature was fixed at 350 °C and the spray rate was maintained at 0.25 litre min−1. The lattice parameters calculated for the Mn-doped ZnO from XRD pattern were found to be slightly larger than those of the undoped ZnO, which indicate substitution of Mn in ZnO lattice. Compared with the Raman spectra for ZnO pure films, the Mn-doping effect on the spectra is revealed by the presence of additional peak around 524 cm-1 due to Mn incorporation. With increasing Mn doping the optical band gap increases indicating the Burstein-Moss effect. However, the Co-doping effect on the Raman spectra is revealed by the presence of three additional peaks around 235, 470 and 538 cm-1 due to Co incorporation. These results show that cobalt ions, in the oxidation state of Co2+, replace Zn2+ ions into the ZnO lattice without changing its wurtzite structure. The optical measurements shows absorption wells at approximately 570 (2.18 eV), 620 (2.02 eV) and 660 nm (1.88 eV) appearing in the spectra of the Co-doped samples in comparison with pure ZnO confirming XRD and Raman spectroscopy results.
في هذا العمل قمنا بتحضير شرائح رقيقة لأكسيد الزنك غير المطعمة و المطعمة بالمنغنيز و بالكوبالت باستعمال طريقة الرش فوق الصوتي. وضعت الشرائح فوق مساند من الزجاج و السيليكون لمجموعتين من العينات المطعمة بالمنغنيز(0, 1, 3 و 5 at%) و بالكوبالت (0, 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 at%). قمنا بدراسة الخصائص البنيوية , الضوئية و الكھربائية للعينات المحضرة من خلال التغيير في عامل الحرارة و نسبة التطعيم وذلك باستعمال محرف الأشعة السينية , مطياف الأشعة تحت الحمراء, مطياف رامان ، مطيا ف الأشعة فوق البنفسجية والمرئية و أخيرا القياسات الكهربائية. بينت أطياف الأشعة السينية أن العينات المحصل عليھا هي ذات بنية بلورية سداسية من نوع وارتزيت . الشرائح الرقيقة لأكسيد الزنك لھا شفافية في المجال المرئي تفوق 85 % و مع زيادة المنغنيز تزيد الفجوة البصرية بفعل ظاهرة burstein-moss أيضا أطياف راما تكشف عن وجود ثلاثة قمم حوالى 235, 470 و 538 cm-1 تؤكد عن تفاعل ذرات الكوبالت مع ذرات الزنك. | | Directeur de thèse : | BAGHDAD Rachid |
Effet du dopage par le manganèse et le cobalt, sur les propriétés structurales et optiques des couches minces nanostructurées de ZnO préparées par spray pyrolyse ultrasonique [texte imprimé] / KHARROUBI Bachir, Auteur . - 2014 . - 145 p. + CD. Langues : Français ( fre) | Catégories : | Physique:Option Technologie des Matériaux et physique des dispositifs
| | Mots-clés : | Couches minces, ZnO, Spray pyrolyse ultrasonique, würtzite, métaux de transitions.
Thin films, ZnO, ultrasonic spray pyrolysis, Würtzite, transition metals
شرائح رقيقة، ZnO ، رش فوق صوتي، وارتزيت، معادن انتقالية | | Résumé : | ZnO est un semi-conducteur du groupe II-VI avec un large gap de 3.37 eV et une large énergie excitonique de 60 meV à 300 °K. L’oxyde de zinc est attractive pours ces potentiels applications dans différents domaines de l’optoélectronique et dans les dispositifs de stockage de l’information. Dans ce contexte que deux ensembles de films de ZnO dopés manganèse (0, 1, 3 et 5 at%) et cobalt (0, 1, 3, 5, 7, 9, 11 et 13 at%), ont été déposés par une technique simple la spray pyrolyse ultrasonique sous la pression atmosphérique. La température du substrat a été fixée à 350 °C et le débit du gaz porteur à 0.25 l/min. Les paramètres de réseau calculés à partir de la DRX pour les films de ZnO :Mn sont légèrement large que ceux du ZnO cristallin indiquant bien la substitution des atomes de Zn par ceux du Mn. L’effet du Mn est très notable sur les spectres Raman et le gap optique augmente avec le dopage mettant en évidence l’effet Moss-Burstein. Par ailleurs, la présence de pics additionnels autour de 235, 470 et 538 cm-1 sont due à l’incorporation du cobalt. Ces résultats montrent que les ions de cobalt Co2+ remplacent ceux du Mn2+ dans la matrice hôte du ZnO sans changé sa structure würtzite. Les mesures optiques montrent des puits d’absorption autour de 570 (2.18 eV), 620 (2.02 eV) et 660 nm (1.88 eV) qui apparaissent sur les spectres de transmission des films de ZnO dopé cobalt confirmant les résultats de la DRX et la spectroscopie de diffusion Raman.
ZnO is an II–VI group semiconductor with a wide band gap of 3.37 eV and large exciton energy of 60 meV at 300 °K. Zinc oxide (ZnO) has been attracted a great deal of scientific attention because of their potential applications in the field of optoelectronics and data storage devices. In this fact, tow sets of samples of Mn-doped ZnO (ZnO:Mn) Co-doped ZnO (ZnO:Co) nanostructured thin films, with different percentage of Mn content (0, 1, 3 and 5 at%) and Co content (0, 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 at%) were deposited by a simple ultrasonic spray pyrolysis method under atmospheric pressure. Substrate temperature was fixed at 350 °C and the spray rate was maintained at 0.25 litre min−1. The lattice parameters calculated for the Mn-doped ZnO from XRD pattern were found to be slightly larger than those of the undoped ZnO, which indicate substitution of Mn in ZnO lattice. Compared with the Raman spectra for ZnO pure films, the Mn-doping effect on the spectra is revealed by the presence of additional peak around 524 cm-1 due to Mn incorporation. With increasing Mn doping the optical band gap increases indicating the Burstein-Moss effect. However, the Co-doping effect on the Raman spectra is revealed by the presence of three additional peaks around 235, 470 and 538 cm-1 due to Co incorporation. These results show that cobalt ions, in the oxidation state of Co2+, replace Zn2+ ions into the ZnO lattice without changing its wurtzite structure. The optical measurements shows absorption wells at approximately 570 (2.18 eV), 620 (2.02 eV) and 660 nm (1.88 eV) appearing in the spectra of the Co-doped samples in comparison with pure ZnO confirming XRD and Raman spectroscopy results.
في هذا العمل قمنا بتحضير شرائح رقيقة لأكسيد الزنك غير المطعمة و المطعمة بالمنغنيز و بالكوبالت باستعمال طريقة الرش فوق الصوتي. وضعت الشرائح فوق مساند من الزجاج و السيليكون لمجموعتين من العينات المطعمة بالمنغنيز(0, 1, 3 و 5 at%) و بالكوبالت (0, 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 at%). قمنا بدراسة الخصائص البنيوية , الضوئية و الكھربائية للعينات المحضرة من خلال التغيير في عامل الحرارة و نسبة التطعيم وذلك باستعمال محرف الأشعة السينية , مطياف الأشعة تحت الحمراء, مطياف رامان ، مطيا ف الأشعة فوق البنفسجية والمرئية و أخيرا القياسات الكهربائية. بينت أطياف الأشعة السينية أن العينات المحصل عليھا هي ذات بنية بلورية سداسية من نوع وارتزيت . الشرائح الرقيقة لأكسيد الزنك لھا شفافية في المجال المرئي تفوق 85 % و مع زيادة المنغنيز تزيد الفجوة البصرية بفعل ظاهرة burstein-moss أيضا أطياف راما تكشف عن وجود ثلاثة قمم حوالى 235, 470 و 538 cm-1 تؤكد عن تفاعل ذرات الكوبالت مع ذرات الزنك. | | Directeur de thèse : | BAGHDAD Rachid |
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