Structural, optical and electrical properties of copper and silver-copper iodide thin films - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2021

Structural, optical and electrical properties of copper and silver-copper iodide thin films

Propriétés structurelles, optiques et électriques des films minces de cuivre et d'iodure de cuivre-argent

Abstract

In this thesis, we study the formation of copper iodide (CuI) and silver copper iodide (Ag,Cu)I thin films from a two-step procedure: deposition of a metallic film by magnetron sputtering and iodination in iodine vapor. Numerous techniques have been used to determine the films properties such as: X-ray diffraction, transmission electron microscopy, Hall effect, UV-visible spectroscopy… For CuI films, we obtained transparent p-type semiconductors films crystallizing in the γ-phase with wide bandgap (Eg ≈ 3.05 eV). Copper iodide films grow with a strong preferred orientation along the [111] direction. SEM analysis of thin film morphology demonstrates that iodination conditions can affect crystal size. Transmission electron microscopy (TEM) and selected area electron diffraction (SAED) have revealed crystallographic twin domains in CuI crystals, revealing their geometry and orientation. The films are highly conductive, optically transparent and exhibit high value of figure of merit. The properties of (Ag,Cu)I thin films have been studied using the same methods as a function of the silver content. (Ag,Cu)I films can be either p-type or n-type, depending on Ag concentration. Nevertheless, no structural change has been evidenced by XRD. The optical band gap can be monitor by the progressive addition of silver. The same is true for the electrical activation energy. In addition, the PL results showed a tendency of the PL spectral features of CuI to be changed to those of AgI with the increase of the silver content. A correlation between the optical and electrical results was established and evidenced the origin of the electrical behaviour. It is proposed that presence of Ag in (Ag,Cu)I thin films promotes the formation of the I-vacancies, which act as donor type defect, and eventually, with increasing the Ag content, crossover the carriers from p-type to n-type occurs.
Dans cette thèse, nous avons étudié la formation de couches minces d'iodure de cuivre (CuI) et d'iodure de cuivre argent (Ag,Cu)I à partir d'une procédure en deux étapes : dépôt d'un film métallique par pulvérisation magnétron et ioduration dans de la vapeur d'iode. De nombreuses techniques ont été utilisées pour déterminer les propriétés des films telles que : diffraction des rayons X, microscopie électronique à transmission, effet Hall, spectroscopie UV-visible… Pour les films CuI, nous avons obtenu des films semi- conducteurs transparents de type p cristallisant dans une structure type γ-CuI avec une large bande interdite (≈ 3,05 eV). Les films d'iodure de cuivre croissent avec une forte orientation préférentielle le long de la direction [111]. La microscopie électronique à transmission (MET) et la diffraction électronique à zone sélectionnée (SAED) ont révélé des mâcles dans les cristaux CuI, révélant leur géométrie et leur orientation. Les films sont hautement conducteurs, optiquement transparents et présentent une valeur élevée de facteur de mérite. Les propriétés des couches minces (Ag,Cu)I ont été étudiées selon les mêmes méthodes en fonction de la teneur en argent. Ces films peuvent être de type p ou de type n, en fonction de la concentration en Ag. Néanmoins, aucun changement structural n'a été mis en évidence par XRD. La morphologie de la surface du film dépend également fortement de la teneur en argent. Le gap optique peut être contrôlé par l'ajout progressif d'argent. Il en est de même pour l'énergie d'activation des phénomènes de conduction électrique. La photoluminescence a montré l’évolution entre les films pauvres en argent et les riches. Une corrélation entre les résultats optiques et électriques a été établie et a mis en évidence l'origine du comportement électrique. Il est proposé que la présence d'Ag dans les films minces (Ag,Cu)I favorise la formation des lacunes d’iode, qui agissent comme un défaut de type donneur, et qui éventuellement, conduisent à la changement de la nature des porteurs.
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Dates and versions

tel-03667929 , version 1 (22-02-2023)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03667929 , version 1

Cite

Osama Madkhali. Structural, optical and electrical properties of copper and silver-copper iodide thin films. Materials Science [cond-mat.mtrl-sci]. Université de Lorraine, 2021. English. ⟨NNT : 2021LORR0253⟩. ⟨tel-03667929⟩
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