III.1.3.Mesure des propriétés
optiques:
Les propriétés optiques du ZnO ont
été mesurées à l'aide d'un spectromètre de
transmission:
La transmission des nos couches minces de ZnO a
été déterminée à l'aide d'un
spectrophotomètre UV-Vis (UV-3101 PC -SHIMADZU) à double faisceau
l'un pour la référence (le verre) l'autre à
l'échantillon (le verre + la couche) ; la gamme spectrale s'étend
de la longueur d'onde ë=200 à 800nm avec une résolution de
5nm.
Les spectres obtenus donnent la variation relative de la
transmittance (%) en fonction de la longueur d'onde (nm).
A partir d'un spectre de transmission obtenu dans ce domaine
où les franges d'interférences sont dues aux réflexions
multiples à l'intérieur de la couche analysée, on peut
extraire l'épaisseur de l'échantillon.
Par ailleurs, grâce aux interférences, nous pouvons
déterminer l'indice optique dans le visible. Les mesures et les
techniques d'analyse sont comme suit.
Les constantes physiques utilisées dans les calculs sont
définies dans la figure.III.6.
Figure.III.6. système d'une
couche mince absorbante sur le substrat transparent épais.
T est la transmission, á
est le coefficient d'absorption du film, ?est la
longueur d'onde de la lumière incidente, n et s
sont les indices de réfraction du film et de substrat
respectivement et d est l'épaisseur de film.
Vu la fonction de transmission T, en utilisant les
paramètres physiques définis dans la figure, l'indice de
réfraction n de film est déterminé par les relations
[97]:
|
Où :
|
n 1 , 2 =
|
]2/1
[ N + ( N - S )
2 2 1 / 2
|
)
1
?
?
( T -
M
T m
?
?
?
.Tm
T M
( +
S 2 1 ?
+ 1 ?
? 2 ?
N S
= 2 .
n : est l'indice de réfraction de la couche.
TM : la transmittance maximale.
Tm: la transmittance minimale.
Dans notre cas, nous avons utilisé un substrat en verre
qui a un indice de réfraction S=1.45. L'épaisseur du film est
déduite à partir de la relation ci-dessous :
|
d = A 1 A 2
|
|
2(A1n2 -
A2n1
|
)
|
Dans le domaine spectral où la lumière est
absorbée, et en connaissant l'épaisseur de la couche, on peut
déterminer le coefficient d'absorption on fonction de la longueur
d'onde. On définit par la suite le gap optique Eg.
Selon la loi de Beer-Lamert:
T e _a d
= (III. 4)
où:
1 1
Ln
d
a = T (III. 5)
d : épaisseur de l'échantillon. T : transmission
mesurée.
On constate qu'à partir d'un spectre de transmission dans
le visible, on peut rapidement déterminer l'épaisseur du
matériau n, ?et le gap optique.
Pour un gap direct tel que celui du ZnO, á s'exprime en
fonction du gap (Eg) selon l'équation suivante :
ah v = A( h v _Eg
)1/ 2 (III. 6)
A : constant.
Eg [eV] : gap optique.
hv : l'énergie d'un photon
Ainsi, si l'on trace 2
( ?h ? )en fonction de l'énergie d'un photon
E = hv (sachant que
hc = 12400
hv (eV) = ) et que l'on prolongela partie
linéaire de 2
a jusqu'à l'axedes abscisses
? , (Å)
(c'est-à-dire pour 2
= 0), on obtient la valeur de Eg, figure.III.7.
.
Figure.III.7 :
Détermination du gap d'énergie par
l'extrapolation à partir de la variation.
de ( ah v )
en fonction de hv pour une couche mince de ZnO.
2
III.1.3.1Détermination de l'énergie
d'Urbach:
Un autre paramètre important qui caractérise le
désordre du matériau est l'énergie de queue d'Urbach.
D'après la loi d'Urbach l'expression du coefficient d'absorption est de
la forme [23] :
exp(
hv
0 E 00
a= a ) (III .7)
En traçant ln aen fonction de hv , on peut
accéder à la détermination de la valeur de E00.
hv
Ln Ln
a = a + (III.8)
0 E
00
| 
