Etude expérimentale de la microstructure et des propriétés électriques et optiques de couches minces et de nanofils d'oxydes métalliques (d­­­­­­-Bi­2O3 et ZnO) synthétisés par voie électrochimique

par Kévin Laurent

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Yamin Leprince-Wang.

Soutenue le 08-07-2008

à Paris Est , dans le cadre de Information, Communication, Modélisation et Simulation , en partenariat avec Laboratoire Physique des Matériaux Divisés et des Interfaces (laboratoire) .

Le jury était composé de Elisabeth Chassaing, Claude Lévy-Clément, Pierre Mills, Dapeng Yu, Yamin Leprince-Wang.

Les rapporteurs étaient Elisabeth Chassaing, Claude Lévy-Clément.


  • Résumé

    L’intérêt porté sur la miniaturisation des systèmes par la communauté scientifique est grand, que ce soit pour des raisons de mobilité, d’économie d’énergie ou d’innovation technologique. L’objectif de cette thèse est de déterminer les caractéristiques physiques et structurales des couches minces et des nanofils d’oxydes métalliques synthétisés par la méthode électrochimique. La première partie de cette thèse est consacrée à l’oxyde de bismuth en phase delta. Les couches minces élaborés par électrochimie sont de très bonne qualité cristalline, et seul la phase delta- Bi2O3 est présente. Le caractère nano structuré des couches minces est mis en évidence par les expériences de microscopie électronique en transmission (MET) et participe à la stabilisation de cette phase à température ambiante. Les mesures de conductivité réalisées par spectroscopie d’impédance complexe montrent un comportement différent selon la nature du substrat utilisé. Nous observons une excellente conductivité électrique des dépôts réalisés sur les substrats en argent doré (4·10-3 S·cm-1), alors que les dépôts obtenus sur l’inox montre un comportement très résistif (10-7 S·cm-1). La seconde partie de cette étude concerne l’oxyde de zinc. Les conditions d’élaboration par électrochimie influence les propriétés structurales et physiques des couches minces obtenues. Les différents traitements thermiques réalisés sur les couches minces de ZnO ont permis d’améliorer la qualité optique des couches et de modifier la structure du ZnO par incorporation d’azote lors de recuit dans l’ammoniaque. La dernière partie est consacrée à la synthèse et à la caractérisation de nanofils de ZnO élaborés par la méthode « template ». Cette méthode nous a permis de confiner la croissance par électrochimie dans des pores de différents diamètres. Les observations réalisés par MET et MET en Haute Résolution montrent que les nanofils obtenus sont monocristallins et de bonne qualité. Les propriétés d’émission observées en PL sont très proches des propriétés d’émission des couches minces

  • Titre traduit

    Experimental study on the microstructure and the physical properties of the metallic oxide thin films and nanowires (delta-Bi­2O3 and ZnO) synthesized by electrodeposition


  • Résumé

    The growing interest towards micro and nano devices has improved in the recent years. This interest arises from the need of mobility devices, energy savings or technologic innovation. The aim of the present work is to determine structural and physical properties of electrodeposited metallic oxide thin film and nanowires. The first part of this work will treat the case of bismuth oxide in delta phase. Electrodeposition method is used to stabilized the delta phase at room temperature, structure studies revealed a good cristallinity of the films and the high purity of the deposit. The stability of delta-Bi2O3 at room temperature is probably due to the nanostructuration of the deposit which had been observed in TEM experiments. The electrical behaviour of the film different from the substrate used to perform electrodeposition. We observed an excellent electrical conductivity (4·10-3 S·cm-1) from samples deposited on gilded silver, while low conductivity of the film is observed when deposit on stainless steel (10-7 S·cm-1). The second part of this work deal with zinc oxide thin film electrodeposited from aqueous solution. The experimental conditions used to perform electrodeposition have been found to influence structural and physical properties of the electrodeposited ZnO. Thermal treatment applied to electrodeposited ZnO improve the crystal quality and annealing under NH3 atmosphere at 400°C induced the formation of Zn:N bonds in the deposit. The last part of this report is related to the fabrication of ZnO nanowires using template method. This method has allowed us to restrict the growth of the ZnO into Nanopores. Observations made using TEM and HR-TEM, shows that electrodeposited nanowires are of a good crystal quality and monocrystalline. PL experiments have revealed that the emission is very close to the emission observed for the ZnO thin film


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