Etudiant : BOUGHDADI ISMAIL

Filière : Master Matériaux et Applications pour l’Energie Photovoltaïque (MAEP)

Encadrant : Pr. AHFIR RACHID

Annèe : 2025

Résumé : Dans le contexte de la demande croissante en matériaux semi-conducteurs multifonctionnels et transparents, l’oxyde de zinc (ZnO) s’impose comme un candidat très prometteur, en raison de sa large bande interdite directe (~3,37 eV), de sa forte énergie de liaison des excitons, de sa transparence optique et de sa stabilité chimique. En tant qu’oxyde conducteur transparent (TCO), le ZnO connaît un intérêt croissant dans les dispositifs optoélectroniques, les capteurs de gaz, les photodétecteurs UV et les cellules solaires. Cependant, l’optimisation de ses propriétés pour des applications spécifiques nécessite souvent un contrôle précis de ses caractéristiques structurales et électroniques par le dopage et les traitements thermiques. Dans cette étude, nous présentons la synthèse et la caractérisation structurale de couches minces de ZnO dopées au Cu et au Zr, élaborées par la méthode Sol-Gel et déposées par la technique de spin-coating. Notre objectif principal est d’étudier l’influence de la température de recuit et du taux de dopage en Zr sur la qualité cristalline, les paramètres de maille et la taille des grains des films Zn1-x-yCuₓZryO. Les échantillons ont été traités thermiquement à différentes températures comprises entre 400 °C et 550 °C, puis caractérisés par diffraction des rayons X (DRX) afin d’évaluer leur évolution structurale. Les résultats ont révélé qu’un recuit à 500 °C permettait d’obtenir la meilleure cristallinité, avec une orientation préférentielle selon le plan (002), indiquant la formation d’une structure wurtzite bien organisée. De plus, l’incorporation du Zr a conduit à une contraction des paramètres de maille, suggérant la substitution des ions Zn²⁺ par des ions Zr⁴⁺ plus petits, et a influencé le comportement de croissance des grains. Ces effets ont été analysés quantitativement à l’aide de l’équation de Scherrer et du calcul des paramètres de maille. Ce travail prouve que combinaison de la méthode expérimentale Sol-Gel, à la synthèse par traitement thermique contrôlé, permet l’élaboration de couches minces de ZnO dopées de haute qualité, ayant des propriétés structurales modulables. Les résultats obtenus offrent des perspectives intéressantes pour la conception de matériaux à base de ZnO optimisés, destinés aux applications futures en nanoélectronique, photovoltaïque et technologies de détection.