Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université des Sciences et de la Technologie d’Oran Mohamed Boudiaf
Faculté des Sciences
Département de Physique
Mémoire
en vue de l’obtention du diplôme de Magister
Présenté par
Mr : BELKHADEM MOHAMED
Intitulé
Soutenu le : 06 / 07 / 2010
Devant le jury composé de :
Président : Amine BOUDGHENE S
Rapporteur : Moustafa BOUDERBALA
Examinateur : Saad HAMZAOUI
Examinateur : Mohamed ADNANE
Examinateur : Mourad LOUNIS
Professeur
Professeur
Professeur
Maitre de conférence
Maitre de conférence
U.S.T.O (M.B)
U.S.T.O (M.B)
U.S.T.O (M.B)
U.S.T.O (M.B)
U.S.T.O (M.B)
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Option : Technologie des Matériaux et
Physique des Dispositifs
Spécialité : physique
Elaboration et caractérisation de diode Schottky
de type n+/n et n+/p à base de couches minces
ZnO : Al

Remerciement
Ce travail de thèse s’est déroulé au laboratoire de Microscopie Electronique et
sciences des Matériaux « LMESM» de l’Université des Sciences et de la technologie
d’Oran « Mohamed Boudiaf».
Tout le remerciement et la grâce retourne au Dieu de m’avoir donné la volonté de
parachever ce travail.
Je veux, en premier temps, adresser ma pure gratitude au professeur Saad
Hamzaoui de m’avoir accueilli dans son laboratoire. Sa tendresse dans le traitement et
sa méthode distinctive dans le dialogue étaient pour moi une référence pour toujours.
Je remercie profondément Mr Mostafa Bouderbala professeur à l’université des
Sciences et de la Technologie d’Oran d’avoir pris la charge de m’encadrer au cours de ce
travail. Sa générosité scientifique et ses orientations m’étaient précieuses pour réaliser
cette étude.
Je tiens à remercier l’initiative de Mr Mohamed Adnane d’avoir accepté d’être
mon co-encadreur. Sa large connaissance dans le domaine et sa poursuite permanente
m’ont beaucoup servi à achever cet ouvrage.
Du point de vue personnel, je voudrais remercier Mr Amine Boudghene
Stambouli, professeur à l’université des Sciences et de la Technologie d’Oran d’avoir
accepté de présider le jury de mon travail.
Je témoigne ma reconnaissance la plus sincère à Mr Mourad Lounis, maitre de
conférence à l’université des Sciences et de la Technologie d’Oran pour le bienfait qu’il
m’a accordé de faire partie de ce jury.
J’exprime également mes salutations les plus chaleureuses à Mr Mokhtar
Zardali et Mr Toufik Sahraoui pour leurs encouragements constants et leurs
observations fructueuses.

Je remercie également Mr Habib Bouziane, ingénieur au MEB, pour ses
nombreuses assistances qui m’ont facilité la tache ainsi que pour sa compétence et sa
constance dans son travail.
Je n’oublie pas de remercier mes amis de ma promotion avec lesquels j’ai passé
une superbe ambiance et toutes les personnes que j’ai rencontrées au laboratoire ainsi
que tous ceux qui ont coopéré de près ou de loin à ce travail.

[1]
Sommaire
Préambule………………………………………………………………………………………..5
Chapitre I : Etude bibliographique sur le ZnO et le silicium………………...6
I.1 Le ZnO………………………………………………………………………………………….7
I.1.1 Introduction ……………………………………………………………………………7
I.1.2 Propriété structurale de ZnO…………………………………………………............7
I.1.2.1 Croissance de ZnO en couches minces……………………………………...8
I.1.2.2 L’énergie cristalline de liaison……………………………………………….8
I.1.3 Propriétés électroniques………………………………………………………………9
I.1.3.1 Structure électronique de bande ……………………………………...........9
I.1.3.2 Conductivité électrique……………………………………………………...10
I.1.4 Propriété chimique et catalytique…………………………………………………...11
I.1.5 Propriétés optiques…………………………………………………………………...11
I.1.6.Propriété piézo-électrique …………………………………………………………...11
I.1.7.Le dopage de ZnO…………………………………………………………………....12
I.1.7.1 Cas de ZnO dopé aluminium…………………………………………….....12
I.1.8 Influence des défauts sur la structure de bande…………………………….……..13
I.1.9 L’intérêt des oxydes métalliques…………………………………………………...13
I.2 Le silicium…………………………………………………………………………………….
I.2.1 Introduction………………………………………………………………….....13
I.2.2 Propriétés structurales et électriques ………………………………………….......14
I.2.3 La réduction de silice………………………………………………………………..15
I.2.4 Différents types du silicium………………………………………………………....15
I.2.4.1 Le silicium monocristallin…………………………………………………..16
I.2.4.2 Le silicium poly ou multicristallin…………………………………………16
I.2.4.3 Le silicium poreux ………………………………………………………….16
I.2.4.4 Le silicium amorphe…………………….…………………………………..17
I.2.5 Le dopage de silicium………………………………………………………………..17
I.2.6 Propriétés optiques…………………………………………………………………...18
I.2.7 Contact rectifiant ou Schottky…………………………………………………........19
13

[2]
I.2.7.1 Contact P/N+………………………………………………………………….20
I.2.7.2 Contact N/N+(isotype)………………………………………………….......20
Chapitre II : Démarche expérimentale………………………………………………22
II.1 Introduction……………………………………………………………………………………23
II.2 Préparation des cibles céramiques de ZnO dopé et non dopé……………………………23
II.2.1 Les cibles………………………………………………………………………………...23
II.2.2 Matériau de base..…………………………………………………………………........23
II.2.3 Le pesage………………………………………………………………………………...23
II.2.4 Le broyage……………………………………………………………………………….24
II.2.5 Calcination de la poudre………………………………………………………………..24
II.2.6 Le moulage………………………………………………………………………………24
II.2.7 Le traitement thermique………………………………………………………………...25
- L’étuvage…………………………………………………………………………………….25
- Les caractérisations thermiques du four…………………………………………………..25
II.2.8 Les caractéristiques des cibles……………………………………………………........27
II.3 Les étapes de déposition du ZnO : Al sur le silicium (poly et poreux)………………….27
II.3.1 Méthode de déposition du ZnO (la pulvérisation cathodique RF)………………27
II.3.2 Principe général…………………………………………………………………………28
II.3.3 Interaction ions–cible………………………………………………….……………….29
II.3.4 Le dispositif expérimental……………………………………………….……………..30
II.3.5 Le rendement de la pulvérisation…………………………………..………………….30
II.3.6 L’inconvénient de la pulvérisation cathodique………………….……………………31
II.3.7 L’avantage de la pulvérisation cathodique…………………………………….……...31
II.3.8 Le dépôt de ZnO : Al /verre……………………………………………..……………..31
-Choix de substrats de verre…………………………………………………………………31
-Le nettoyage de substrats…………………………………………………………………...32
-Les paramètres de dépôt…………………………………………………………………….32
II.3.9 Préparation des substrats de silicium………………………………………………….34
-Technique de la pointe chaude……………………………………………………………..34
-Le nettoyage de substrats…………………………………………………………………...35
II.3.10 Dépôt du ZnO sur le silicium…………………………………………………………35
II.4 L’élaboration de diodes de Schottky (n/n+, p/n+)………………………………………….36