Synthèse de couches minces nanostructurées d’oxyde de zinc dopé avec des métaux nobles pour des applications en photonique et en plasmonique

Abstract

Dans ce travail nous nous sommes intéressés à la synthèse des couches minces d’oxyde de zinc dopées Au, de nanoparticules d’argent et d’or ainsi que des couches minces nanocompositesZnO/naoparticules d’argent pour des applications en photonique et plasmonique. Dans la première partie, nous avons étudié l’effet de la concentration atomique d’or (Au) sur les propriétés structurales, morphologiques et optiques des couches minces de ZnO. L’analyse DRX a montré que tous les films de ZnO présentent une structure hexagonal Wurtizte avec une orientation préférentielle selon l’axe c. Les micrographies obtenues par MEB et AFM ont indiqué que la morphologie des couches déposées est affectée par les différentes concentrations de dopage utilisées. Les résultats de la transmittance optique ont indiqué que tous les films sont hautement transparents dans le visible et que la largeur de la bande interdite des couches minces dopées ‘Au’ a montré un décalage vers le rouge par rapport au ZnO pur. Les mesures PL à température ambiante ont révélé l’amélioration de l'émission UV par le dopage. Dans la deuxième partie, nous avons investigué les effets des stabilisants et de leur concentration sur la taille et la distribution de taille des nanoparticules d’argent et d’or. Les résultats de l’absorption optique révèlent la présence des bandes SPR d’argent et d’or. Les mesures par DLS ont montré que la distribution de taille des nanoparticules d’argent et d’or est sensible aux agents stabilisants utilisés ainsi que à leurs concentrations. La stabilité des colloïdes d’argent et d’or étudié par le potentiel zêta à température ambiante dépend des stabilisant utilisés. Dans la troisième partie nous avons exploré les effets de la taille des nanoparticules d’argent sur les propriétés des couches minces de ZnO. Les couches minces composites ZnO/NPs Ag ont une structure hexagonale Wurtzite avec une orientation perpendiculaire au plan du substrat. Les mesures optiques confirment présence des nanoparticules d’argent dans les couches minces de ZnO. Les mesures de PL montre que les films minces de ZnO modifiés par des nanoparticules d’argent de faible diamètre représentent la meilleure émission. Abstract In this work we were interested in the synthesis of Au-doped zinc oxide thin films, silver and gold nanoparticles as well as ZnO/silver nanocomposite thin films for applications in photonics and plasmonics. In the first part, we studied the effect of the atomic concentration of gold (Au) on the structural, morphological and optical properties of ZnO thin films. The DRX analysis showed that all ZnO films have an hexagonal Wurtizte structure with a preferential orientation along the c-axis. The micrographs obtained by SEM and AFM indicated that the morphology of the deposited layers is affected by the different doping concentrations used. Optical transmittance results indicated that all films are highly transparent in the visible and that the band gap width of the Au-doped thin films showed a red shift with respect to pure ZnO. PL measurements at room temperature revealed the improvement of UV emission by the doping. In the second part, we investigated the effects of stabilizers and their concentration on the size and size distribution of silver and gold nanoparticles. Optical absorption results reveal the presence of silver and gold SPR bands. DLS measurements showed that the size distribution of silver and gold nanoparticles is sensitive to the stabilizing agents used and their concentration. The stability of the silver and gold colloids studied by the zeta potential at room temperature depends on the stabilizers used. In the third part we explored the effects of the size of silver nanoparticles on the properties of ZnO thin films. The ZnO/NPs Ag composite thin films have an hexagonal Wurtzite structure with an orientation perpendicular to the plane of the substrate. Optical measurements confirm the presence of silver nanoparticles in ZnO thin films. PL measurements show that ZnO thin films modified with silver nanoparticles of small diameter represent the best emission.