Incorporation des nanoparticules d’oxydes métalliques ZnO et SnO2 dans la matrice dusilicium poreux
No Thumbnail Available
Date
2021
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Université De Larbi Ben M’hidi Oum EL Bouaghi
Abstract
De nos jours, la croissance exponentielle de la demande en dispositifs analytiques permettant une détection fiable, rapide et peu coûteuse, soit en matière de gaz ou de substances de diverses origines (biomédicales, alimentaires, synthétiques,..etc.) ou dans le domaine de la détection de la lumière. Ces dispositifs contribuent au développement important des travaux de recherche sur le sujet des capteurs, des photo-détecteurs et des biocapteurs.
Dans ce travail de thèse, on propose d'incorporer des nanoparticules de ZnO et de SnO2 dans la matrice du Silicium poreux. L'étude de l'infiltration de ces nanoparticules dans la matrice est la clé de ce travail de thèse. Pour cela, plusieurs propriétés sont étudiées au cours du processus d'élaboration de ses nanostructures, en revanche, l'amélioration des propriétés morphologiques, structurelles et optiques dans chacune des formes préparées (couche mince ou nanoparticules) est nécessaire pour améliorer les propriétés électriques des détecteurs.
Les oxyde métalliques ZnO et SnO2 sont préparés par deux techniques simples et moins coûteuses : pyrolyse par Spray en contrôlant les conditions de dépôt (température du substrat, concentration de la solution de départ…), et la technique Hydrothermale. Le Silicium poreux a été élaboré par anodisation électrochimique, c'est une technique qui permet d'obtenir des échantillons homogènes et reproductibles, la porosité est parfaitement contrôlée par le courant d'anodisation.
Après avoir étudié l'effet de la couche de silicium poreux sur les propriétés des oxydes métalliques, des photodétecteurs d'ultraviolets ont été fabriqués de type (métal - semi-conducteur - métal) pour étudier l'effet du silicium poreux sur l'amélioration de la détection des rayons d'ultraviolet en comparant la structure (ZnO/PSi) avec les couches de ZnO déposés sur des substrats de silicium et de verre. Nous avons également pu étudier la purification et la dépollution de l'air intérieur pollué en utilisant les déférents structures fabriquées (PSi/ZnO) par la méthode de spray pyrolyse et la méthode hydrothermale.
Nowadays, the exponential growth of the demand for analytical devices providing a reliable, fast and inexpensive detection of gases or substances of various origins (biomedical, food, synthetic, etc.) or in the field of light detection. These devices contribute to the important development of research works on the subject of sensors, photodetectors and biosensors.
In this thesis work, we propose to incorporate ZnO and SnO2 nanoparticles in the porous Silicon matrix. The study of the infiltration of these nanoparticles in the matrix is the key of this thesis work. For this purpose, several properties are studied during the elaboration process of these nanostructures, on the other hand, the improvement of morphological, structural and optical properties in each of the prepared forms (thin film or nanoparticles) is necessary to improve the electrical properties of the detectors.
The metal oxides ZnO and SnO2 are prepared by two simple and less expensive techniques: Spray pyrolysis by controlling the deposition conditions (substrate temperature, starting solution concentration...), and the Hydrothermal technique. Porous Silicon was elaborated by electrochemical anodization, it is a technique which allows to obtain homogeneous and reproducible samples, the porosity is perfectly controlled by the anodization current.
After studying the effect of the porous silicon layer on the properties of the metal oxides, ultraviolet photodetectors of (metal-semiconductor-metal) were fabricated to study the effect of porous silicon on the improvement of the detection of ultraviolet by comparing the (ZnO/PSi) structure with the ZnO layers deposited on silicon and glass substrates. We were also able to study the purification and depollution of polluted indoor air using the different fabricated structures (PSi/ZnO) by the spray pyrolysis method and the hydrothermal method.
في الوقت الحاضر، النمو الهائل في الطلب على الأجهزة التحليلية يسمح بالكشف الموثوق به والسريع وغير المكلف، سواء من حيث الكشف عن الغازات أو المواد من أصول مختلفة (الطب الحيوي ، والغذاء ، المواد الاصطناعية ، وما إلى ذلك) أو في مجال الكشف عن الضوء. ساهمت هذه الأجهزة في تطوير العمل البحثي بشكل كبير خاصة في موضوع المستشعرات وأجهزة الكشف عن الصور وأجهزة الاستشعار الحيوية.
من خلال هذه الأطروحة، سنتطرق لدراسة دمج جسيمات ZNO و SNO_2 النانوية في مصفوفة السيليكون المسامية.
إن دراسة اختراق هذه الجسيمات النانوية إلى المصفوفة هي مفتاح هذا البحث، وعليه فقد تم دراسة العديد من الخصائص أثناء عملية تطوير الهياكل النانوية، ولذلك ، فإن تحسين الخصائص المرفولوجية والبنيوية والبصرية والكهربائية في كل شكل من الأشكال المحضرة (طبقة رقيقة كانت أو جسيمات نانوية) ضروري لتحسين مستوى الخصائص الكهربائية للكاشفات.
تم تحضير أكاسيد الفلزات ZNO و SNO_2 بتقنيتين بسيطتين وتكلفة قليلة : الانحلال الحراري بالرش عن طريق التحكم في ظروف الترسيب (درجة حرارة الركيزة ، وتركيز محلول البدء ، وما إلى ذلك) ، والتقنية الهيدروحرارية HYDROTHERMALE)(. تم إنتاج السيليكون المسامي بواسطة التنميش الكهروكيميائي، وهي تقنية تجعل من الممكن الحصول على عينات متجانسة وقابلة للاستنساخ والاعادة، ويتم التحكم في المسامية تمامًا بواسطة تيار التنميش.
بعد دراسة تأثير الالخصائص السابقة الذكر تم فبركة حساسات الأشعة البنفسجية (معدن - شبه ناقل ـ معدن) ودراسة تأثير السليكون المسامي على تحسين مستوى إستشعار الأشعة البنفسجية من خلال مقارنته بأكاسيد ZNO المودعة على رقاقات السيلكون والزجاج. تمكنا كذلك من دراسة تنقية وتمحيض الهواء الداخلي الملوث بإستعمال بنية (PSI/ZNO) المفبركة بطريقة الانحلال الحراري (SPRAY) والطريقة الهيدروحرارية(HYDROTHERMALE)
Description
Keywords
Couches minces, Silicium poreux, Hydrothermale, Nanofibres de ZnO, Nanofils de ZnO