Effect of the ammoniac concentration on structural and electronical properties of zinc sulphide thin films prepared by CBD technique

Effet de la concentration d’ammoniac sur lespropriétés structurales et électronique descouches minces de sulfure de zinc élaborées par CBD

T. Ben Nasr1, N. Kamoun1*, M. Mnari2, A. Belhadj Amara3, J. Bonnet4

1 Laboratoire de Physique de la Matière Condensée, Faculté des Sciences de Tunis (2092) El Manar, Tunisie.

2 Laboratoire de Chimie Analytique et d’Electrochimie, Faculté des Sciences de Tunis (2092) El Manar, Tunisie.

3Laboratoire de Physique des Matériaux, Faculté des Sciences de Bizerte (7003) Zarzouna, Tunisie

4 Laboratoire d’analyse des interfaces et de Nanophysique, Faculté des Sciences et technique du Languedoc,

Université Montpellier II, case courrier 082. Place Eugène Bataillon 34 095 Montpellier cedex 05 France.

* Corresponding author. E-mail: Najoua.Kamoun@fst.rnu.tn

Received: 10 April 2004; revised version accepted: 25 May 2005

Abstract

In this work we study the effect of the ammoniac concentration [NH3] on structural and electronical properties of zinc sulphide thin films grown by chemical bath deposition (CBD). We have prepared thin films for time and temperature deposition respectively equal to 180 minutes and 90°C, and for NH3 concentration ranged from 1.33 to 1.45 M.

X-ray diffraction patterns show that films grown with NH3 concentration equal to 1.39 M are well crystallised and present the (111) peak corresponding to the cubic structure of b -ZnS. Scanning electron microscopy micrographs of zinc sulphide thin layers reveals that film growth proceeds by the nucleation of spherical crystallites.

The work function difference D f = (f sc - f M) is studied by the Kelvin method. D f was equal to – 40 meV and constant along the surface for films deposited with NH3 concentration equal to 1.39 M, that is to say the homogeneity of the surface is enough good.

Keywords: Zinc sulphide;, Chemical bath deposition;, Structural and electronical properties.

Résumé

Dans ce travail nous étudions l’effet de la concentration d’ammoniac [NH3] sur les propriétés structurales et électroniques des couches minces de sulfure de zinc croissant sur verre par la technique de dépôt chimique en solution (CBD). Pour cela nous avons élaboré des films minces de sulfure de zinc pour une concentration de NH3 dans la solution de dépôt variant de 1.33 à 1.45 M, pour un temps tD et une température TD de dépôt égaux respectivement à 180 min et 90°C.

L’analyse aux rayons X a révélé que les films élaborés pour [NH3] égale à 1.39 M sont bien cristallisés dans la structure cubique b -ZnS d’orientation principale (111). L’analyse de la topographie de surface des couches minces de sulfure de zinc par microscopie électronique à balayage (MEB) a révélé que la croissance se fait par agglomération de cristallites de forme sphérique.

L’étude du travail de sortie du matériau b -ZnS a été déterminé en utilisant la méthode de Kelvin, la différence des travaux de sortie du métal (f M) et du semi-conducteur (f sc) (D f = (f sc - f M) est de l’ordre de – 40 meV et reste pratiquement constante pour tous les points analysés à la surface du matériau de la surface b -ZnS, ceci est indicateur d’une bonne homogénéité de la surface étudiée .

Mots clés : Sulfure de Zinc; Dépôt chimique en solution; Propriétés structurales et électroniques.

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