Structural, optical and electrical properties of undoped and indium doped zinc oxide prepared by spray pyrolysis

¹ Laboratoire d'opto-électronique et de physico-chimie des matériaux, faculté des sciences, département de physique, Kénitra, Maroc
² IMP/CNRS, 66125 Odeillo, Font-Romeu, France

Abstract

Thin films of transparent undoped and indium doped ZnO have been deposited using the spray pyrolysis technique. The structural, optical properties and electrical resistivity of these films are investigated as a function of substrate temperature and indium concentration in the solution. X-ray diffraction showed that the films prepared at substrate temperature greater than 300 °C exhibit the hexagonal wurtzite structure with a preferential orientation along the (002) direction. Indium doping changes the orientation of grains to the (110) direction. This result is confirmed by SEM. The composition of the films is also examined by XPS. High transmittance (80%) in the visible region and low resistivity of about 10^-1 Ω.cm at room temperature are obtained for thin films prepared under optimum deposition conditions: T_s = 450 ^○C and In/Zn = 2 at.%.

Résumé

Des couches minces transparentes et conductrices d'oxydes de zinc (ZnO) non dopées et dopées indium ont été élaborées par pulvérisation chimique réactive en phase liquide (spray). Les propriétés structurales, optiques et électriques de ces couches ont été étudiées en fonction de certains paramètres expérimentaux tel que la température du dépôt et la concentration d'indium dans la solution. L'étude par diffraction X a montré que les couches préparées à des températures de dépôt supérieures à 300 °C ont une structure hexagonale type wurtzite avec une orientation préférentielle suivant l'axe [002]. Le dopage à l'indium change l'orientation des cristallites suivant la direction [110]. Ce résultat a été confirmé par la microscopie électronique à balayage. La résistivité électrique de l'ordre de 10^-1 Ω.cm et la transmission optique de 80 % ont été obtenues pour des couches préparées dans les conditions optimales : T_s = 450 ^○C et In/Zn = 2 at.%.