L’oxyde de zinc (ZnO) est un matériau prometteur pour les capteurs et actionneurs piézoélectriques en raison de son abondance, de son faible coût, de sa facilité de mise en œuvre et de sa durabilité environnementale. Le comportement piézoélectrique du ZnO est fortement lié à l’orientation cristalline, l’axe c de la structure wurtzite étant celui qui fournit la polarisation induite par la contrainte la plus élevée. Dans les films polycristallins de ZnO, l’alignement des grains le long de l’axe c (développement de la texture) est essentiel pour améliorer les performances piézoélectriques. Les approches conventionnelles atteignent cet alignement à l’aide de substrats monocristallins (par exemple ZnO ou Al₂O₃), coûteux, ou de couches tampons, qui ajoutent de la complexité au procédé de dépôt.

Cette thèse explore des voies pour améliorer les performances piézoélectriques de films minces de ZnO déposés de manière non épitaxiale (auto-texturés), à des températures relativement basses (≤ 250 °C) et dans des conditions ambiantes. Les conditions de croissance ont été optimisées afin d’obtenir des films de ZnO auto-texturés à l’aide d’un système de dépôt par couches atomiques spatialisé à pression atmosphérique (AP-SALD) conçu sur mesure. Des méthodologies systématiques ont été appliquées pour examiner l’influence des paramètres de dépôt sur la texture des films et leurs propriétés piézoélectriques. Il en résulte des films de ZnO de haute qualité présentant une amplitude piézoélectrique et une polarité de domaine significativement améliorées. Les résultats ont également montré que l’alignement structural à lui seul ne suffit pas à expliquer pleinement les améliorations observées. Des caractérisations complémentaires et des approches exploratoires, incluant des stratégies de dopage, ont donc été mises en œuvre pour élucider les interactions entre texture, défauts et réponse fonctionnelle.

Ce travail présente la première utilisation rapportée de l’AP-SALD pour le dépôt de films piézoélectriques. Il démontre que l’AP-SALD constitue une technique efficace et pratique pour contrôler avec précision les propriétés structurelles et fonctionnelles des films minces de ZnO. En tant que méthode à l’air libre, évolutive et économique, l’AP-SALD montre un fort potentiel pour une adoption industrielle, en particulier dans les procédés de fabrication continue tels que le roll-to-roll (R2R). Ces avancées élargissent les perspectives d’intégration des films piézoélectriques de ZnO dans les dispositifs électroniques de grande surface, les technologies portables, les matériaux intelligents flexibles et les surfaces multifonctionnelles.

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