Thème :
Etude de l’effet du pH acide et de la température de recuit sur les
propriétés physiques et de guidage optique de couches minces de
TiO2 élaborées par procédé sol-gel
Présentation :
L'objectif de cette recherche est d'étudier l'influence de l'acidité du sol et du traitement thermique sur les propriétés de couches minces de TiO2 préparés par le procède sol-gel sur des substrats en verre. Dans une première partie de ce travail, l'effet du pH acide (2, 4 et 6) et du
recuit à 500°C pendant une heure sur la microstructure, la morphologie, les propriétés optiques et de guidage des couches minces préparées ont été étudiés à l'aide de différentes techniques de caractérisation. L'analyse par la diffraction des rayons X (DRX) et la spectroscopie Raman (RS)
montre que tous les films non recuits sont amorphes, tandis que ceux recuits sont polycristallins possédants uniquement la phase anatase avec une orientation préférentielle suivant le plan (101).
L'intensité des pics de diffraction et de Raman ainsi que la taille des cristallites ont augmentés avec l'augmentation de l'acidité du sol indiquant une amélioration de la cristallinité des films.
Les images des microscopies électronique à balayage (MEB) et à force atomique (AFM) ont révélé que la morphologie, la taille des grains et la rugosité de surface des films sont influencées par le traitement thermique et le pH du sol. Selon les mesures UV-Visibles, tous les films minces
de TiO2 sont hautement transparents avec une transmittance moyenne de plus de 74% dans la région visible. Nous observons également une diminution de la transmission optique et de la largeur de bande interdite avec le recuit et l’augmentation de l’acidité du sol. Les mesures par la
spectroscopie des lignes modales (MLS) à 632,8 nm a mis en évidence que tous les guides d'ondes planaires de TiO2 sont monomodes et bien confinés pour chacune des deux polarisations transverse électrique (TE) et transverse magnétique (TM). De plus, L'épaisseur de tous les films,
ainsi que les indices de réfraction et la biréfringence des films anatases augmentent avec l'augmentation de l'acidité du sol.
Dans une deuxième partie, le pH du sol a été ajusté à la valeur optimale de 6, et l'effet du recuit à 450, 500 et 550°C pendant 1h sur les propriétés physiques et de guidage optique des
films minces de TiO2 a été systématiquement étudié. Les résultats montrent que tous les films recuits sont bien cristallisés et présentent une structure tétragonale de type anatase avec une orientation préférentielle de (101). La taille des grains, la morphologie et la rugosité de surface des films de TiO2 ont été significativement affectées par la température de recuit. Le film non recuit de TiO2 révèle une transparence élevée avec une transmittance moyenne supérieure à 80% dans la région visible. Une diminution de la transmittance optique et de la largeur de la bande interdite ont été également observées avec l'augmentation de la température de recuit. Les indices de réfraction TE et TM des films augmentent avec la température de recuit. De plus, les
guides d'ondes planaires de TiO2 non recuits et recuits à 450°C montrent des pertes de propagation remarquablement faibles de 0,8 et 1,5 ± 0,1 dB/cm à une longueur d'onde de 632,8 nm, respectivement. Ces résultats suggèrent que les films de TiO2 élaborés pourraient trouver des applications prometteuses en photonique