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Résumé

       L'oxyde de zinc (ZnO) est un matériau durable très intéressant pour les applications piézoélectriques en tant que semiconducteur biocompatible et composé d’éléments abondants. Cependant, l'efficacité piézoélectrique du ZnO dépend fortement de ses propriétés morphologiques, structurales et électriques. De manière intéressante, les conditions de croissance employées durant le processus de dépôt chimique en phase vapeur aux organométalliques et à injection liquide pulsée (PLI-MOCVD) peuvent influencer largement les propriétés morphologiques, structurales, électriques et piézoélectriques du dépôt de ZnO, mais leurs corrélations n'ont pas encore été explorées. L’objectif de cette thèse est de comprendre et de contrôler les facteurs clés gouvernant la formation du ZnO par PLI-MOCVD et améliorant ses performances piézoélectriques. La température de croissance, les débits des réactifs et la nature du substrat durant le processus de PLI-MOCVD sont optimisés afin d'étudier leurs effets sur la croissance de couches minces et de nanofils de ZnO ainsi que sur leurs propriétés.

       En augmentant la température de la croissance de 400 à 750°C tout en fixant tous les autres paramètres de croissance, la morphologie du ZnO déposé sur des substrats de Si passe de couches minces à nanofils. Cette transition de morphologie s'accompagne d'une amélioration de l'orientation suivant l'axe c, du coefficient piézoélectrique et de l'uniformité de la polarité du Zn. Le post-recuit à haute température sous atmosphère d'O₂ effectué sur les couches minces de ZnO conduit également à une augmentation de l'orientation suivant l'axe c, du coefficient piézoélectrique et de l'uniformité de la polarité Zn. La variation du débit à 500 °C permet d'obtenir des couches minces avec des morphologies et des distributions de polarité différentes. Sur ces couches minces, la différence de propriétés et d'efficacité piézoélectrique entre les domaines de polarités Zn et O est montrée. Au contraire, la variation du débit à 700 °C mène à la formation de nanofils de longueur et de diamètre différents. Tous les nanofils présentent la polarité Zn. La corrélation entre l'efficacité piézoélectrique et la géométrie des nanofils est également présentée. En outre, l'intégration de la couche d'AZO en tant qu'électrode transparente inférieure conduit à une augmentation supplémentaire de l'efficacité piézoélectrique des nanofils de ZnO tout en ouvrant certaines perspectives orientées vers la fabrication de dispositifs piézoélectriques insensibles à l’éclairement visible et contenant seulement des matériaux durables. Ces résultats démontrent la flexibilité du système de PLI-MOCVD pour la croissance de ZnO avec différentes morphologies et différentes propriétés pour les dispositifs piézoélectriques.

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