Capteurs de gaz : Elaboration et caractérisation de système d’oxydes semi-conducteurs en films minces
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Date
2019
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Abstract
Dans ce travail nous avons préparé des couches minces du mélange d’oxyde complexe
ZnO/ZnAl
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et ZnO non dopé et dopés au magnésium ZnO : Mg par la technique de
pulvérisation chimique ultrasonique USP (technique simple et économique) sur des substrats
en silicium et verre. La formation de ZnAl
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dépend des conditions de dépôt et de recuit
thermique. Les principaux paramètres influant dans le procédé USP sont la température du
substrat (T
s
), les concentrations des précurseurs. Le traitement thermique en est également un
facteur capital dans la formation de l’aluminate de zinc en phase unique ou en mélange de
phases ZnO/ZnAl
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.
Les analyses des couches minces de ZnO/ZnAl
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selon la technique de la diffraction des
rayons X montrent que la taille des grains est à l’échelle nanométrique, déposées sur verre est
entre 10-26 nm et sur silicium 28-57 nm pour le ZnO quand le rapport molaire passe de 1/2
à 1.
La caractérisation optique par UV-Vis en mode réflectance des films ZnO/ZnAl
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/Si avec le
rapport molaire entre les précurseurs de Zn et d’Al, a montré que l’énergie du gap E
g
des
oxydes ZnO et ZnAl
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décale vers les grandes valeurs quand la température du traitement
thermique passe de 900°C à 550°C dû à la minimisation de la taille de cristallites et l’etat
cristallin.
Une bonne sensibilité du senseur ZnO/ZnAl
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/Si (avec R = 1), à température ambiante, au
gaz de l’ammoniac NH
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de l’ordre de 86,2 % a été observé et un temps de
réponse/recouvrement très rapide estimé à 4s/5s été enregistré pour le même capteur en
couches minces. Le système des deux oxydes inhibe la recombinaison des pairs
électrons/trous et améliore le potentiel catalytique de la couche.
Une série de films minces de l’oxyde de zinc dopé par le magnésium (2, 5 et 7 %) a été
élaboré dans le but de son application comme capteur de gaz. L’incorporation de l’Mg semble
être faite avec succès dans le réseau du ZnO. La plus faible taille des cristallites correspond au
film ZnO : 2%. Mg en masse de 40 nm et une meilleure qualité cristalline.