MEMOIRE ETUDE DES COMPOSANTS PIEZO

République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
______
UNIVERSITE D'ORAN
FACULTE DES SCIENCES
DEPARTEMENT DE PHYSIQUE
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MEMOIRE
Présenté par Monsieur
RAKRAK Kaddour
Pour obtenir
LE DIPLOME DE MAGISTER
Spécialité : PHYSIQUE
Option : Micro-Opto-Electronique
____
Intitulé :
Soutenu le 16.06.2009 devant le Jury composé de MM. :
K. DRISS KHODJA, Professeur, Université d'Oran, Président
A. KADRI, Professeur, Université d'Oran, Rapporteur
B. BOUHAFS, Professeur, U. Djilali LIABES , SBA, Examinateur
Y. ZANOUN, M.C., Université d'Oran, Examinateur
K. ZITOUNI, Professeur, Université d'Oran, Examinatrice
ETUDE DES COMPOSANTS PIEZO-SPINTRONIQUES A
BASE DE NANOSTRUCTURES SEMI MAGNETIQUES DE
ZnO/ Zn1-XMnXO

Remerciements
Je remercie en premier lieu le professeur K. ZITOUNI & le
professeur A. KADRI pour m'avoir accueille au sein du laboratoire d'étude
des matériaux, Optoélectronique & polymères et la post-graduation de
Micro-Optoélectronique. Je tiens aussi à les remercier pour m'avoir
proposer ce travail de thèse, aider a l’accomplir, et pour leur grand
dévouements.
Je remercie Monsieur Le professeur K. DRISS KHOUDJA de
l’Université d’Oran Es-Senia pour avoir bien voulu présider le jury de
thèse.
Je remercie Monsieur le professeur B. BOUHAFS de l’Université
Djilali Liabes de Sidi Bel Abbès pour avoir accepter d’examiner ce
mémoire et de participer à ce jury.
Je remercie Monsieur Y. ZAANOUN Maître de Conférence de
l’université d’Oran Es-Senia pour avoir accepter de participer à ce jury,
malgré sa lourde tâche administrative.
Je tiens en particulier et avant tout à remercier mes parents, sans
lesquels je n’aurai pu terminer ce travail et qui m’ont toujours apporté
tout leur soutien et leur appui.
Je tiens aussi à remercier mes chers frères et sœurs, et mes chers
amis : L. Yousfi, S. Bensadat, A. Safou, B. Houidech, A. Arous, M.
Rahmani, F. Saadoune, R. Zerrouki, A. Touati et à tous mes collègues du
laboratoire d’étude des matériaux, Optoélectronique, et polymères : A.
Djellal, F. Bahi, F. Djali, F. Benharrats, M. Boukhari, N. Kaarour, M.
Mezaache, M. Ayat, M. Zenati, S. Boubkeur, N. Boukli-Hacène, A. Bahfir,
A. Benmouna, N. Tari).
Enfin à tous ceux qui m’ont aidé de près ou de loin pour réaliser ce
travail, en particulier Menari Bensaleh et N. Khrissat.
A Tous encore Merci.

Table des matières
ETUDE DES COMPOSANTS PIEZO-SPINTRONIQUES
A BASE DE NANOSTRUCTURES SEMI MAGNETIQUES
DE ZnO/ Zn1-XMnXO
Introduction générale..............................................................................................1
Chapitre I: Introduction à la spintronique .........................................................5
1. Introduction..............................................................................................................6
2. Semi-conducteur semi magnétiques dilué (DMS)...................................................8
3. Les interactions magnétiques................................................................................13
4. Semi-conducteurs ferromagnétiques à haute température de Curie....................22
5. Conclusion.............................................................................................................23
Chapitre II :Matériaux et Hétérostructures de ZnO, MnO, Zn1-xMnxO................26
1. Introduction............................................................................................................27
2. Composés Binaires ZnO, MnO .............................................................................28
3. Alliage Ternaire MnxZn1-xO....................................................................................33
4. Héterostructures ZnO/ Zn1-xMnxO .........................................................................39
5. Techniques de croissances de système ZnO/Zn1-xMnxO......................................41
6. Conclusion.............................................................................................................46
Chapitre III : Composants piézo-spintroniques ..............................................48
1. Introduction............................................................................................................49
2. Etude k.P de la nanostructure ZnO/Zn1-xMnxO: confinement quantique et
interactions de bandes ........................................................................................ 50
3. Effets de polarisation de la nanostructure ZnO/Zn1-xMnxO ..................................57
4. Influence des électrons-d de Mn sur la nanostructure ZnO/Zn1-xMnxO:
magnétisme quantique..........................................................................................60
5. Composants piézo-spintroniques ZnO/Zn1-xMnxO ...............................................61
6. Conclusion.............................................................................................................65
Chapitre IV : Applications ....................................................................................67
1. Introduction............................................................................................................68
2. Applications en informatique.................................................................................68
3. Applications à la jonction Josephson ....................................................................72
4. Supraconductivité..................................................................................................73
5. Applications médicales..........................................................................................74
6. Autres applications................................................................................................83
7. Conclusion.............................................................................................................86
Conclusion générale .............................................................................................88

Introduction
Mr.K.RAKRAK Etude de composants Piézo-Spintroniques à base de Nanostructures semi-magnétiques de ZnO/ZnMnO
Magister en mico-opto-électronique, Dpt de physique, université d'Oran 2009
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Introduction générale
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Les semiconducteurs II-VI à grand gap de la famille ZnO : ZnO, MgO, CdO,
MnO, CoO) présentent un grand intérêt dans de nombreuses applications en
optoélectronique et en électronique grâce à leurs propriétés particulières :
- Matériaux très abondants et disponibles, donc économiques
- Matériaux facilement synthétisables et purifiables industriellement,
- Grand gap (Eg>2.8 eV, soit le domaine UV)
- Grande énergie de liaison excitonique (>60meV)
- Grande stabilité physicochimique (peu réactifs avec l’environnement,
résistants aux agressions chimiques)
- Grande résistance mécanique, thermique et aux perturbations externes
telles le champ électrique. Ils peuvent fonctionner en milieu hostile et
sous champs électriques intenses dans les applications de puissance.
- Effets de polarisation spontanée et piézo-électrique interne inhérente à
leur structure cristalline stable de symétrie Würtzite,
- Fabrication possible de nanostructures quantifiées ou nanomatériaux
(nanopoudres, nanorods, nanobelts) par PLD (Dépôt par Laser Pulsé) et
par technique Sol-Gel (chimie douce et non toxique)
Dans ce travail, nous nous intéressons plus particulièrement aux propriétés
magnétiques qui caractérisent le système ZnO/Zn1-xMnxO dont le ferro-
magnétisme provient des atomes Mn présentant une couche d non saturée.

Introduction
Mr.K.RAKRAK Etude de composants Piézo-Spintroniques à base de Nanostructures semi-magnétiques de ZnO/ZnMnO
Magister en mico-opto-électronique, Dpt de physique, université d'Oran 2009
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Il s’agit d’un ferromagnétisme particulier dit ferromagnétisme de ‘’semi-
conducteurs magnétiques dilués’’ ou Diluted Magnetic Semiconductors (DMS)
ou encore ‘’semiconducteurs semi-magnétiques’’.
Ce ferromagnétisme est différent du ferromagnétisme conventionnel qui
caractérise les alliages magnétiques massifs, où la magnétisation se fait par
domaines magnétiques macroscopiques.
Les DMS à base de semiconducteurs II-VI présentent un très grand intérêt
dans les applications en qualité de mémoire magnétique (MRAM), en
supraconductivité, dans les composants magnétiques intégrés, dans
l’informatique quantique et surtout dans le domaine émergent de la
spintronique : c’est-à-dire l’électronique de spin qui consiste à réaliser des
dispositifs exploitant le spin de l’électron et non plus uniquement sa charge.
Le dispositif spintronique le plus élémentaire consiste en une diode tunnel
magnétique dite Diode Josephson composée par deux couches de matériaux
ferromagnétiques (ou supraconducteurs) séparées par une couche isolante,
suffisamment fine pour permettre le transport des porteurs de spin localisé par
effet tunnel. Dans notre cas, la diode Josephson est conçue sous forme d’une
nanostructure à puits quantique dont la couche centrale isolante est formée
par le puits de ZnO, alors que les 02 barrières de part et d’autre du puits sont
réalisées par les couches ferromagnétiques de ZnMnO.