Synthèse par voie chimique des couches nanométriques d’oxydes métalliques (M-O, M-O2) transparents et leurs caractérisations morphologiques, optiques et électrique.

Abstract

Le but de cette thèse est de synthétiser des couches minces de TCO d’oxyde de manganèse sur des substrats de verre chauffés.Les matériaux TCO présentent une transparence optique et une conductivité électrique uniquement dans le cas où les matériaux TCO sont dans une composition non stœchiométrique ou dopée.L'oxyde de manganèse pur et dopé Mg a été synthétisé en pulvérisant par technique spray pyrolyse une solution aqueuse obtenue à partir de chlorure de manganèse (MnCl2, 6H2O) à 0,1 M sur des substrats de verre chauffés à 350°C.Des films d'oxyde de Mn-O dopés au Mg ont été obtenus en ajoutant une seconde solution aqueuse préparée en dissolvant dans de l'eau distillée le précurseur de chlorure de magnésium hexahydraté (MgCl2, 6H2O).Les concentrations de Mg de 3 %, 5 %, 7 % et 9 % ont été utilisées.La composition chimique des échantillons a été étudiée par spectroscopie de photoélectron (XPS) qui montre des pics typiques de Mn (2p3/2), (2p1/2) et O (1s) avec un léger shift en énergie attribué à la formation de différents états chimiques demanganèse.Les propriétés structurales et morphologiques ont été étudiées en utilisant la diffraction des rayons X (XRD), le microscope électronique à balayage (SEM) et la microscopie à force atomique (AFM).L'analyse XRD a révélé une mixture de différentes phases d'oxydes de manganèse dominées par la structure de phase tétragonale de Mn3O4 avec une orientation préférentielle selon la direction (211).Les images SEM de films d'oxyde de manganèse ont montré des surfaces rugueuses composées de nano grains uniformément répartis dont la taille diminue avec l’augmentation de la concentration du dopage tandis que l'analyse AFM a révélé une surface texturée, rugueuse et poreuse qui s'améliore par l'augmentation du taux de dopage au Mg.Les propriétés optiques déduites de la spectroscopie UV-visible indiquent des films transparents.L'utilisation de la relation de Tauc a permis de déterminer l'énergie de la bande interdite.La diminution de la bande interdite de 2,5 à 1,5 eV avec l'augmentation du dopage au Mg est attribuée à un effet de taille. L'ion Mg2+ ayant un rayon ionique plus important que celui de Mn2+ distorde le réseau lorsqu’il s’insère dans un site Mn2+ et par conséquent il modifie la structure qui se répercute sur la bande interdite