Couches minces d'oxyde d'indium dopé à l'oxyde d'étain fabriquées par évaporation laser : caractérisations et applications

Tin doped indium oxide thin films processed by laser evaporation : characterisations and applications

• Auteur / Autrice : Corinne Coutal
• Direction : Alain Azéma
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences physiques pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Nice
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Nice-Sophia Antipolis. Faculté des sciences
• Jury : Président / Présidente : Alain Azéma
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lucien Elegant, Jean-Pierre Romagnan, Jean-Claude Roustan
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Michel Autric, Sylvain Lazare, Gilbert Quentel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lasers à excimère

Oxyde d'indium-étain

Couches minces semiconductrices

Mots clés libres

Physique

état condensé

Propriétés électriques, magnétiques, optiques

Étude experimentale

Couche mince

Méthode ablation laser

Spectre absorption

Spectre visible

Conductivité électrique

Spectre réflexion

Constante optique

Constante diélectrique

Masse effective

Contact ohmique

Capteur

Indium oxyde

Addition étain

Ito

Résumé

Certains oxydes semiconducteurs connaissent un essor important en électronique et en électrooptique parce qu'ils allient à la fois une grande transparence dans un domaine spectral large et une faible résistivité au courant électrique. C'est le cas en particulier de l'oxyde d'indium dopé à l'étain (ITO) qui a fait l'objet de ce travail. Dans ce mémoire est décrite la fabrication de films minces d'ITO par évaporation laser réalisée par le biais d'un laser à excimère. Les propriétés physiques, particulièrement électriques et optiques, des couches obtenues ont été largement étudiées. La mise en évidence de leur transparence importante dans le domaine spectral visible (transparence supérieure à 80%) et de leur faible résistivité (de l'ordre de 4. 10⁻⁴ Ω. Cm) prouve la bonne qualité du matériau obtenu par cette méthode de croissance. L'analyse des spectres de transmission à travers des échantillons constitués de dépôts d'ITO sur verre (spectrophotométrie) et des spectres de réflexion en polarisation parallèle au plan d'incidence est développée très précisément pour permettre la détermination des épaisseurs et des indices optiques du matériau déposé qui sont mal connus a priori. En tenant compte de la contribution des électrons libres, ces études ont permis d'établir la variation de l'indice optique de l'ITO entre 0,3 et 1,5 μm de longueur d'onde et d'évaluer la fréquence plasma, le temps de relaxation, la constante diélectrique aux hautes fréquences et la masse effective optique des électrons dans la bande de conduction. Enfin, deux applications possibles pour les dépôts d'ITO en couches minces sont exposées. D'une part, nous avons utilisé de tels dépôts comme contacts transparents ohmiques à la surface de cellules solaires. Les cellules dont il est question ici sont des homo-jonctions n⁺/p en InP à haut rendement. D'autre part, nous avons établi le modèle de deux capteurs de déplacement sans contact dont l'un au moins peut nécessiter la prise de contacts électriques par l'intermédiaire de dépôts en ITO

Because of their high optical transparency associated with low electrical resistivity, some semiconductor oxides have significant potential for electronic and electrooptic applications when transparent electrodes design are needed. Among these oxides, we are interested in the properties of tin doped indium oxide (ITO) layers. In this thesis, we have described the fabrication of ITO thin films by excimer laser evaporation. We show that this growth method gives good quality ITO layers with high transparency (higher than 80 per cent) and low electrical resistivity (in the order of 4. 10⁻⁴ Ω. Cm). The electrical and optical characterization of producted films requires an accurate knowledge of the film thickness and optical refractive index. We have measured these parameters using transparency spectra spectrophotometry) and reflectivity in parallel-polarization spectra. In view of free electrons contributions, we have determined the variation of the ITO optical index in the wavelength range between 0. 3 to 1. 5 μm and, furthermore, plasma frequency, relaxation time, high frequency dielectrical constant and optical effective mass of electrons in conduction band. Finally, ITO layers have been used for two direct applications. First, ITO films are ohmic transparent electrodes for solar cells. These solar cells are InP homo-junctions on InP substrate with high efficiency. Second, we have studied two contactless motion transducers types: ITO layer as eletrodes can be used for at least one of these motion transducers