Dissertations / Theses on the topic 'Elaboration des couches minces'

L’objectif de cette étude est de participer au développement de nouveaux nanomatériaux thermoélectriques (TE) compatibles avec la technologie CMOS, afin de développer des composants intégrés permettant de récupérer l’énergie perdue dans les dispositifs de la microélectronique. Le but est de réaliser un film mince de α, car ce composé n’est pas toxique et ses éléments ne sont pas rares contrairement aux matériaux à base de Bi et de Te. Les propriétés TE de α à l’état massif, notamment au voisinage de la température ambiante, font de ce matériau un matériau très prometteur pour les applications TE. Ce travail de thèse porte sur l’influence de la méthode d’élaboration par pulvérisation cathodique sur les températures de transition des phases Mg-Ag-Sb en film mince, ainsi que sur la microstructure des films, en lien avec leurs propriétés TE. Nos résultats montrent que l’utilisation d’une cible alliée (Mg1/3Ag1/3Sb1/3) ne permet pas d’obtenir un film homogène de α. La formation de α est accompagnée des phases secondaires Ag3Sb et Sb qui détériorent les propriétés TE du film. Cependant, il est possible de supprimer la formation de Ag3Sb grâce à la co-pulvérisation de trois cibles pures Mg, Ag et Sb, dans des conditions d’élaboration optimisées. Ces études montrent que les proportions des phases présentes dans les films affectent fortement le coefficient de Seebeck effectif (S) des films. Cependant, le rôle des interfaces entre les phases sur le S du film est négligeable. Nos observations in situ montrent que les transitions de phases ne sont pas allotropique comme généralement admis. Ces trois phases possèdent des compositions différentes et ne sont pas stœchiométriques
The goal of the present study is to participate to the development of new thermoelectric nanomaterials (TE) compatible with the CMOS technology, allowing integrated components able to use lost thermal energy in integrated circuits to power microelectronic devices to be developed. Unlike bismuth and tellurium based materials, the compound α MgAgSb is made of nontoxic and abundant elements. The TE properties of bulk α MgAgSb, especially at room temperature, were shown to be very promising for TE applications. The goal of this PhD work is to investigate the possibility of producing α thin films using magnetron sputtering deposition technique. The influence of the elaboration method on the Mg-Ag-Sb phase transitions in thin films as well as on the film microstructure is investigated in relation with the film TE properties. The results show that the use of an alloyed target (Mg1/3Ag1/3Sb1/3) does not allow a homogeneous α film to be produced. The formation of the phase α is always accompanied with the formation of the secondary phases Ag3Sb and Sb that deteriorate the film TE properties. However, it is possible to suppress the formation of Ag3Sb by co sputtering three pure targets Mg, Ag, and Sb, using optimized sputtering conditions. This study shows that the proportion of the different phases in the films strongly affects the effective Seebeck coefficient (S) of the films. However, the contribution of the interfaces between the nanometric grains of these phases on S is negligible. Contrasting with the general assumption, our in situ observations indicate that the phase transitions are not allotropic. These three phases have different compositions and are non stoichiometric

L'anodisation à bas potentiels de films de titane obtenus par pulvérisation cathodique présente un comportement original par rapport à celle du titane massif. Elle est caractérisée par quatre étapes, dans lesquelles la relaxation des contraintes associée à une cristallisation partielle sous la phase anatase jouent un rôle primordial. Des traitements thermiques ont été effectués sur ces films. Leurs propriétés semi-conductrices ont été étudiées par spectroscopie d'impédances et photo-électrochimie. Différents modèles ont été discutés et utilisés afin d'appréhender la complexité des couches étudiées, tant les couches partiellement amorphes que cristallisées. Nos résultats ont montré sans ambiguïté l'inadéquation du modèle classique de Mott-Schottky pour les mesures d'impédances à une fréquence, méthode la plus utilisée dans la littérature. Le choix du modèle du semi-conducteur amorphe s'est avéré le plus pertinent dans la détermination des paramètres de semi-conduction.

Ce travail porte sur la fabrication et la caractérisation des couches minces diélectriques pour l'optique. Les matériaux utilisés sont la silice, le nitrure de silicium et les oxynitrures de silicium. Les couches sont élaborées par dépôt chimique en phase vapeur active par plasma micro-onde (pecvd-ecr). Les dépôts sont contrôlés pendant leur croissance par ellipsométrie. Trois points ont été principalement développés: le premier d'entre eux est consacré à la fabrication de miroirs de bragg constitués de couches alternées de silice et de nitrure de silicium. Une méthode originale et simple de contrôle des épaisseurs de films par ellipsométrie in situ est présentée. Les mesures de réflectométrie sur les miroirs montrent que la méthode de contrôle in situ permet d'obtenir une grande précision sur les épaisseurs et les indices des différentes couches. Le deuxième est consacré à l'étude de la fabrication de films d'oxynitrure dont l'indice optique varie continûment avec l'épaisseur. Après l'examen de la variation de l'indice des couches en fonction des paramètres de dépôt, la méthode d'élaboration est présentée. Des films présentant des profils d'indice linéaire et parabolique ont été déposés sur du silicium et sur du verre. Le dernier point porte sur la caractérisation des films à gradient d'indice. On montre que la mesure d'un seul spectre ellipsométrique sur la couche permet d'obtenir la forme du profil. Une analyse en profondeur par gravure chimique permet de valider ces résultats

Elaboration de couches minces zrte#3 et zrte#5 par pulverisation cathodique. Etude de la morphologie par microscopie electronique a balayage et de l'etat cristallin par diffraction rx. Etude systematique de la composition des couches par microanalyse de fluorescence x. D'autres analyses ont ete effectuees par spectroscopies d'electrons auger, de photoelectrons et exafs. Tous les resultats montrent la faisabilite d'elaboration des materiaux quasi-monodimensionnels zrtz#3 et zrte#5 en couches minces. Des mesures de reflectivite et de conduction, des etudes du comportement lors d'une reduction chimique ont ete effectuees egalement

Les siliciures de tungstene en couches minces sont utilises comme materiau de grille et d'interconnexion dans les circuits integres. Des couches minces elaborees par pulverisation cathodique d'une cible wsi#2 ont un rapport atomique si: w egal a 1,1. Pour tenter d'atteindre la stchiometrie wsi#2, nous avons elabore des couches minces de differentes facons: par pulverisation de la cible wsi#2 en presence d'un gaz reactif: le silane, par pulverisation simple d'une cible wsi#2#,#7, par pulverisation alternee de 2 cibles elementaires de w et de si. Le plus grand rapport atomique si: w est obtenu pour des couches minces elaborees a partir de la cible wsi#2#,#7. Ce rapport vaut 1,7. Ces memes couches minces presentent la plus faible resistivite (50 micro-ohm-cm), apres recuit. Des couches minces elaborees a partir de la cible wsi#2#,#7, mais sur des substrats chauds (100 a 500 degres-celsius) ont une resistivite elevee (500-600 micro-ohm-cm), avant recuit. Dans une deuxieme partie, nous avons etudie les impuretes dans les couches minces par differentes methodes d'analyse (aes, xps, sims). L'etude de la repartition de l'oxygene dans les couches minces deposees sur des substrats chauds permet de conclure a l'existence d'un processus de diffusion de l'oxygene dans ces couches dependant de la temperature de chauffage des substrats

L'objet de cette etude est l'elaboration de films minces supraconducteurs du compose ybacuo a partir de depots realises par pulverisation ionique. La voie choisie est: l'emploi d'une cible stchiometrique de y#1ba#2cu#3o#6#+#x, un faisceau d'argon produit par une source kaufman pour pulveriser la cible, des depots a la temperature ambiante sur substrats de si, mgo, lagao#3, srtio#3, zro#2, des recuits de recristallisation ex situ sous pression partielle d'oxygene. La configuration de l'installation a ete optimisee de maniere a eliminer la pollution des films minces par des elements chimiques comme le fer et le tantale. Les phenomenes physiques responsables des ecarts de composition par rapport aux stchiometries ideales 1-2-3 ont ete analyses et quantifies. Il s'agit principalement: 1) de la pulverisation preferentielle et la diffusion des composants de la cible pendant le depot; 2) de la pulverisation selective de la couche pendant sa croissance par une partie des ions incidents reflechies par la cible, phenomenes particulierement importants pour le cuivre et l'oxygene; 3) de l'anisotropie d'emission des particules pulverisees de la couche qui fait varier, pour les configurations experimentales utilisees, la stchiometrie en baryum des depots. Un suivi detaille de la formation des differentes phases cristallographiques pendant les recuits en fonction de la temperature et des pressions partielles d'oxygene a ete etudie par diffraction des rayons-x. Il resulte de ces traitements thermiques que la formation de y#1ba#2cu#3o#7##x necessite, au prealable, la cristallisation des composes precurseurs bacuo#2 et y#2cu#2o#5. La temperature critique de transition supraconductrice, tc= 92k, a ete mesuree sur ces films minces par la methode des courants de foucault specialement construite a cet effet. Au cours de ce travail, une etude preliminaire de pulverisation assistee par implantation ionique des ions o, ne, ar, cu, kr, xe et ba sous une energie de 150 kev a ete entreprise

Cette thèse est dédiée à l'étude d'oxydes de Mn du type L1-xAxMnO3 (L=La, A=CA, Sr) pour x=1/3. Ces composés présentent une transition paramagnétique-ferromagnétique avec une Tc proche de 300K. Dans le régime paramagnétique, la résistance électrique présente un comportemtent semiconducteur et un caractère métallique pour des températures inférieures à Tc : la transition magnétique s'accompagne donc d'une transition métal-isolant. L'application d'un champ magnétique externe favorise l'ordre ferromagnétique entre les moments des ions Mn, conduisant à un déplacement de Tc vers les hautes températures, ce qui produit une variation importante de la résistivité près de la transition. C'est cet effet que l'on appelle "magnétorésistance colossale". Dans les manganites, plusieurs interactions sont en compétition pour déterminer l'état électronique fondamental, ce qui confère à ces matériaux un grand intérêt comme système à électrons fortement corrélés. Les manganites possèdent également certaines fonctionnalités exploitables pour l'électronique de spin, comme leur forte polarisation de spin. Dans ce cadre, cette thèse est articulée autour des points suivants :
1. Le plus gros effort experimental a consisté à mettre au point et automatiser un bâti de croissance de couches minces par pulvérisation cathodique. Ce système comprend une chambre à vide dont l'atmosphère est contrôlée par deux pompes, des électrovannes et des fluxomètres. Les différentes éléments (chaufferettes porte-substrats, magnétrons, etc) sont pilotés par un ordinateur de sorte que la croissance de couches et d'hétérostructures est entièrement automatisée.
2. La seconde partie du travail a concerné l'étude et l'optimisation des conditions de croissance de couches minces nanométriques de La2/3Ca1/3MnO3. L'influence des différents paramètres de croissance (température, vitesse de dépôt, etc) sur les propriétés du matériau ont été étudiées de façon exhaustive afin de maîtriser la croissance de couches de haute qualité avec une bonne reproductibilité.
3. La majeure partie du travail a consisté à étudier l'influence des interfaces sur les propriétés physiques de couches minces de manganite. L'interaction responsable du ferromagnétisme de ces matériaux est très sensible aux distorsions structurales ce qui, combiné à la forte polarisation de spin des porteurs, donne lieu à une forte magnétorésistance à champ faible dans des poudres nanométriques (contenant une grande densité de joints de grains). Cette forte polarisation de spin conduit aussi à l'observation de forts effets magnétorésistifs dans des jonctions tunnel à base de manganites. Dans ce cadre, notre contribution consiste à étudier plusieurs types d'interfaces (joints de grains d'orientation contrôlée dans des couches texturées, défauts générés par irradiation laser, jonctions bicristallines) et a corréler les propriétés magnétiques et de magnétotransport avec les caractéristiques structurales. L'influence de l'interface avec le substrat isolant (SrTiO3, LaAlO3, NdGaO3) a également été étudiée via la dépendence en épaisseur (2.4 - 180 nm) des propriétés de couches minces totalement contraintes. Parmi les effets les plus marquants, on observe une forte diminution de la Tc et une aumgentation de la résistivité lorsque l'épaisseur diminue. Nous avons montré que cela résulte d'une séparation de phase entre des régions nanométriques ferromagnétiques-métalliques, ferromagnétiques-isolantes et non-ferromagnétiques-isolantes présentes à l'interface couche-substrat. Par ailleurs, nous avons également effectué des mesures de magnétorésistane anisotrope et d'effet Hall extraordinaire. L'amplitude de ces deux effects a été comparée et interprétée en fonction du couplage spin-orbite et des propriétés électroniques près de Tc.

Dans l'objectif de réaliser des guides d'onde intégrés, des couches minces ferroélectriques de zirconate-titanate de plomb (PZT) ont été élaborées sur substrat de verre par dépôt chimique en solution. Un dispositif M-lines a été mis en place afin de déterminer l'indice de réfraction et l'épaisseur de ces films. Une attention particulière a été portée à l'analyse des résultats et des sources d'erreurs. Cela a conduit à la mise au point d'un critère d'indexation des modes de propagation dont l'efficacité a été prouvée par des simulations numériques. Une méthode d'optimisation a été développée permettant d'obtenir l'indice et l'épaisseur des films avec une précision relative de 10-3. La caractérisation M-lines a été utilisée pour étudier l'influence sur l'indice de réfraction de l'élaboration du PZT. Des guides d'onde linéaires et Mach-Zehnder ont été réalisés par photolithographie et gravure chimique, leur capacité à guider la lumière sur plusieurs dizaines de millimètres a été démontrée.

Des couches supraconductrices ont ete elaborees et caracterisees par differentes methodes. La premiere technique est la serigraphie. Des couches epaisses de yba#2cu#3o#7 ont ete deposees. Les traitements thermiques ont ete adaptes a chaque type de substrat etudie. Apres optimisation des recuits, les densites de courant critique (jc) sont de 3000 a/cm#2 a 77 k sur substrats polycristallins de zircone. Ces couches ont servi a la realisation de squid dc. Des temperatures critiques (tc) superieures a 100 k ont ete obtenues sur des couches serigraphiees de (bi, pb)#2sr#2ca#2cu#3o#1#0. Un dispositif d'ablation laser a ete utilise pour deposer des couches minces. Apres une etude des conditions de depot et des recuits a haute temperature, des films de bi#2sr#2cacu#2o#8 (2212) ont ete elabores. Ils ont ete caracterises structuralement et physiquement. Des recuits a basse temperature sous flux d'argon ont permis d'optimiser les ic. Differentes substitutions (pb, y, li) dans ces couches ont mise en evidence des comportements proches de ceux des composes massifs. Des couches minces de (bi,pb)#2sr#2ca#2cu#3o#1#0 ont egalement ete deposees. Malgre l'etude de l'influence de la concentration en plomb et des traitements thermiques, la phase 2223 n'est pas majoritaire. Les proprietes supraconductrices sont toutefois interessantes (tc=110 k). La derniere partie de ce travail concerne la realisation de couches minces de bi#2sr#2cacu#2o#8 in situ par ablation laser. Les conditions de depot ont ete cernees. Des ajouts de lithium diminuent la temperature de formation de la phase 2212. Des tc de 70 k ont ete obtenues, mais plusieurs parametres experimentaux restent cependant a determiner

Ce travail s'inscrit dans les recherches actives des nouvelles propriétés magnétiques et électriques dans les hétérostructures artificielles. Nous avons élaboré et étudié un système du type "oxyde ferrimagnétique / métal non magnétique / oxyde ferrimagnétique" dans lequel les électrons sont confinés dans la couche métallique 2D et subissent de nombreuses réflexions aux interfaces "métal / isolant magnétique". L'élaboration de ce système impose une maîtrise de la croissance des différentes couches et de la planéité des interfaces. Les dépôts sont épitaxiés afin de limiter les diffusions des électrons aux joints de grains par pulvérisation cathodique dans un bâti UHV, les caractérisations structurales sont essentiellement réalisées par microscopie électronique haute résolution et diffraction des rayons X. Nous avons étudié la croissance épitaxiale de couches simples de Fe3O4 et de CoFe2O4 sur Al2O3(0001) et MgO(001) afin d’obtenir respectivement une direction de croissance [111] et [001]. Nous nous sommes également intéressés à la croissance épitaxiale et à l'anisotropie d’échange de bicouches Fe3O4(5nm à 50nm)/NiO(66nm) dans ces deux mêmes directions de croissance. Nous avons ensuite étudié la croissance de métaux non oxydables (Pt, Au et Ag) sur les surfaces (001) et (111) de Fe3O4. Ces résultats ont permis d'élaborer les systèmes épitaxiés Fe3O4 / M(Au, Pt) / CoFe2O4 sur Al2O3(0001). Les propriétés électriques montrent que les électrons sont confinés dans la couche métallique et qu’apparaît une GMR atteignant près de 1,8% à 10K due exclusivement aux réflexions électroniques sur les interfaces métal/oxyde avec une forte contribution des réflexions spéculaires
This work is a contribution to the active research on new magnetic and electric properties of artificial heterostructures. Ferrimagnetic oxide / non magnetic metal / ferrimagnetic oxide systems have been deposited. In these systems, electrons are confined in the 2D metal layer and many electron reflections occur at the metal/magnetic insulator. Two different magnetisation alignments of the magnetic oxides (parallel and antiparallel) are required to obtain suitable magnetic properties, ie giant magnetoresistance (GMR). The growth control and the flatness of the different layers are needed to deposit epitaxial layers, in which electron scattering at grain boundaries is limited. Films are deposited by sputtering in a UHV chamber, structural studies have been made using mainly transmission electron microscopy and X-ray diffraction. An epitaxial growth of single Fe3O4 and CoFe2O4 films has been obtained on Al2O3(0001) with a [111] growth axis and on MgO(001) with a [001] growth axis. We have also studied magnetic properties (exchange anisotropy) of epitaxial Fe3O4(x nm)/NiO(66 nm) bilayers , x varying from 5nm to 50nm, grown along a [111] and a [001] axis. Non oxydable metal growth (Pt, Au and Ag) on (001) et (111) Fe3O4 crystals has also been investigated. We have achieved epitaxial growth of Fe3O4 / M(Au, Pt) / CoFe2O4 layers on Al2O3(0001) with flat interfaces and suitable magnetic properties. Electric investigations have shown that the electrons are confined in the metallic layer. We have measured a 1. 8% GMR ratio at 10K resulting from electron reflections at the metal/oxide interfaces with a large part of specular reflexions

Dans les dispositifs électronique, il est prochainement attendu que la réduction de la taille des composant atteingne prochainement la limite quantique. De ce fait, manipuler l'information quantique apparait comme un nouveau challenge. Les Qubits supraconducteurs basé sur la physique du solide et les Jonctions Josephson sont des systèmes prometteurs qui profitent des avantage des technologies de la micro-électronique. Toutefois, le temps de décohérence des états quantique est encore un facteur limitant. Cette limitation est généralement attribuée à la faible qualité cristalline des matériaux utilisés (défauts cristallins, impuretés). La technique d'épitaxie par jets moléculaires a été utilisé pour la croissance de couches minces de rhénium de haute qualité cristalline sur des substrat de saphir dans un environnement Ultra Haut Vide. Le misfit existant entre les réseaux cristallins du rhénium et du saphir est suffisamment bas pour permettre une croissance épitaxiale du rhénium sur le saphir, mais également une croissance d'une barrière tunnel en oxyde d'aluminium monocristallin sur la couche de rhénium elle-même. Afin d'améliorer la qualité cristallographique de la couche de rhénium, des simulations et de nombreuses techniques de caractérisation ont été utilisées. Puis les propriétés supraconductrices des films de rhénium ont été étudié à des températures ultra basses afin de comparer ces propriétés à la qualité cristallographique de nos films
In electronic devices, it is expected that the quantum limit will soon be reached with decreasing system size. Therefore, manipulating quantum information appears as a new challenge. Solid state Qubits based on superconducting Josephson junction are promising systems which take advantage of microelectronics technology. However, decoherence time of the quantum states is still a limiting factor. This has been generally ascribed to the poor crystallographic quality of the materials used so far (crystallographic defects, impurities). The Molecular Beam Epitaxy (MBE) technique may be used to grow rhenium (Re) films of high quality on sapphire substrates in an Ultra High Vacuum (UHV) environment. So far, the misfit between Re and sapphire is low enough to permit the growth of a single crystal aluminium oxide thin film on top of the Re layer. In order to improve the crystallographic quality of the Re film, some simulations and several characterizations techniques have been used. Then, the superconducting properties of rhenium films have been studied at Ultra Low Temperature in order to compare with their crystallographic qualities

Elaboration des couches par une methode originale basee sur le depot par pulverisation cathodique diode en continu (a partir d'une poudre mose::(2) comme cible), suivi d'un enrichissement en se puis d'un recuit sous vide. Les effets de conditions de pulverisation et des traitements thermiques ulterieurs sur les proprietes des couches ont ete etudies par diffraction rx, microscopie electronique a balayage, microsonde electronique, spectroscopie esca-xps, absorption optique et mesures electriques (conductivite electrique et pouvoir thermoelectrique). Les couches minces obtenues sont polycristallines et l'orientation et las taille de cristallites dependent fortement de la temperature du support. Les resultats des mesures electriques sont interpretes dans le cadre de modeles de joints de grains

Ce travail est consacre a l'elaboration, la caracterisation structurale et microstructurale, ainsi qu'a l'etude de la conductivite electrique de couches minces de l'alliage quasicristallin alcufe. Les echantillons ont ete fabriques par evaporation sequentielle des elements constitutifs de l'alliage, puis traitement thermique. Nous avons etudie les chemins reactionnels conduisant a la phase quasicristalline par diffraction des rayons x lors du traitement thermique de tricouches metalliques. La phase quasicristalline peut etre obtenue quelle que soit la sequence d'empilement du tricouche. Nous montrons que la premiere phase qui cristallise est al#2cu y compris lorsque la couche de fer est placee entre celles de al et cu. Dans ce cas on observe la formation d'alliages binaires al, cu de part et d'autre de la couche de fe, indiquant une diffusion croisee des deux elements al et cu a travers celle-ci. A plus haute temperature le fer participe aux reactions, s'alliant d'abord avec l'aluminium, avant que des phases ternaires n'apparaissent, qui conduisent ensuite au quasicristal. Nous nous sommes ensuite concentre sur l'elaboration de couches tres minces (jusqu'a 125 angstroms). Nous avons pu fabriquer des couches quasicristallines tres minces compactes et d'epaisseur homogene. Ainsi nous avons pu etudier la conductivite electrique des echantillons en fonction de leur epaisseur. A basse temperature, les dependances en temperature et en champ magnetique de la conductivite font apparaitre une transition vers un regime bidimensionnel, qui est une signature de la presence d'effets d'interferences quantiques. Cette etude confirme leur importance dans la conductivite des quasicristaux, et permet de preciser les valeurs des parametres microscopiques qui la regissent.

Ce travail a été consacré à l'élaboration, par procédé sol-gel de couches minces de TiO2 nanostructuré et leurs caractérisations. Deux approches ont été employées : procédé sans additifs et procédé avec additifs modificateurs du précurseur de titane. La première approche a porté sur l'élaboration à partir de sols à base d'isopropoxyde de titane/alcool/eau/acide. L'étude a montré que les couches minces (30-210 nm) sont transparentes (90%) et d'indice de réfraction optimal (n=2) pour leur application comme couches antireflet. La deuxième approche a concerné l'élaboration à partir de systèmes : précurseur de titane/alcool/additif/eau. Les additifs utilisée sont des complexants : acétyleacétone, diéthanolamine, acide oxalique ou citrique, et des polymères : diéthylaminoéthyl cellulose, polyéthylène glycol, et des surfactants. Différentes phases cristallines de TiO2 ont été obtenues : anastase, TiO2(B), rarement observé et brookite avec une orientation préférentielle. Ce travail a bien montré l'influence des paramètres de synthèse sur la structure, la morphologie et les propriétés optiques ainsi qu'électriques des couches minces de TiO2
This work is devoted to the elaboration and characterization of thin nanometric TiO2 films by sol-gel process. Two approaches in preparation of sols have been realized : without additives abd with additives, that modify the titanium dioxyde precursor. The first approach is realized using titanium isopropoxyde (TTIP) as precursor in alcoholic solution with water and acid. The coresponding films(30-210 nm) are deposited by spin-coating and treated at 350-550 °C. They show high transparency in the visible (90%) and refraction index 2 suitable for antireflective application. The second approach is realized using two precursor, TiCl4 and TTIP, in alcoholic solutions with water and acid. Complexing agent 'diethylaminoethyl cellulose, polyethylene glycol, oxalic or citric acids), polymers(diethylaminoethyl cellulose and polyethylene glycol) and surfactants were used as additives. Thin films of different polymorphs were realized : anatase, rarely observed TiO2(B), preferentially oriented brookite. This work shows an influence of synthesis parameters of sol-gel derived TiO2 thin films on crystalline structure, morphology, and useful properties (optical, electrical)

Un dispositif expérimental de dépôt électrochimique en couches atomiques (EC-ALE) a été conçu et réalisé dans cette thèse. Sa mise en oeuvre a permis de valider cet équipement. Grâce à la flexibilité de cet équipement, un nouveau point de vue du dépôt en sous potentiel (UPD) du cobalt sur un substrat d'or a été proposé. Les résultats montrent aussi que le dépôt alternatif de monocouches de Co et de Sb est possible. Pour la première fois, l'électrodéposition de films minces Sb2Se3 par la méthode EC-ALE sur des électrodes poly-cristallines d'or a été obtenue et étudiée. Les paramètres de dépôt ont été déterminés et le film mince déposé a été caractérisé par analyses MEB et RAMAN. L'adsorption irréversible et le phénomène UPD réversible de Sb sur une électrode de Pt a aussi été étudié. Les résultats montrent qu'après la réduction en Sb des espèces adsorbées SbO+, des atomes de Sb peuvent être déposés sur cette électrode de Pt modifiée au Sb en utilisant le dépôt en sous potentiel pour augmenter le recouvrement du substrat du Pt par le Sb
An electrochemical atomic layer epitaxy (EC-ALE) experiment platform was designed and constructed in this thesis, and this platform was proved to be qualified for EC-ALE experiments.Benefiting from the flexibility of the EC-ALE equipment, a new viewpoint about the UPD behavior of cobalt on the gold substrate has been put forward in this work. The results also show that the subsequent alternate deposition of Co and Sb monolayers is feasible.For the first time the electrodeposition of Sb2Se3 thin films by EC-ALE method on polycrystalline Au electrodes has been obtained and investigated. The deposition parameters were determined and the deposit was characterized by SEM and Raman analysis.The irreversible adsorption and reversible UPD behaviour of Sb on Pt electrode have also been studied. The results show that after the irreversibly adsorbed SbO+ species are reduced to metallic Sb, Sb atoms can be further deposited onto this Sb-modified Pt electrode in the way of UPD to increase the coverage of Sb on the Pt substrate

Ce travail concerne l’élaboration, par un procédé type sol-gel, de couches minces de ZnO et l’étude de leurs propriétés structurales et optiques. Les films sont déposés sur des substrats de verre, à partir d’une solution d’acétate de zinc dihydrate Zn(CH3COO)2. 2H2O dans l’éthanol. La monoéthanolamine (MEA) est ajoutée à la solution de dépôt pour assurer sa stabilité. Les films, transparents et lisses, ont été pré-traités à 300°C pendant 10 minutes après chaque étape de dépôt et traités, en final, à 550°C pendant 2h. Des films fortement orientés suivant le plan (002) sont obtenus. Le dépôt de la solution est principalement effectué par "spin-coating. La première partie de la thèse a été d’établir, de manière phénoménologique, le processus d’élaboration des films en fonction de la concentration des solutions mères, à la fois du point de vue du solvant mais aussi de l’agent complexant. La conclusion de cette partie a conduit à privilégier l’élaboration de films à partir de solutions mères avec des concentrations en sel précurseur de 0. 75M dans l’éthanol. D’autre part le meilleur compromis entre la stabilité de la solution mère et la cinétique de structuration des films sur leur substrat est donné par une concentration en monoéthanolamine (MEA), introduit avant reflux dans la solution, telle que le rapport molaire [MEA]/[Zn2+]=2. L’étude Raman de la solution de dépôt prouve que, dans ces conditions, les liaisons Zn-O se forment en premier lieu en solution et on admet que ces entités jouent le rôle de germes déclencheurs de la cristallisation lors du traitement des films. La seconde partie de la thèse porte sur la détermination des propriétés morphologiques des films et particulièrement les paramètres qui gouvernent la structure du film de ZnO au fur et à mesure de l’empilement des couches. Nous avons évalué en fonction de la concentration de la solution mère l’évolution de la morphologie des couches successives et la répercussion sur les propriétés optiques. Indépendamment de la première couche d’adhérence, essentiellement tributaire de l’interaction avec le substrat, les observations par MEB et les mesures de diffraction montrent qu’il existe, pour une concentration donnée, un nombre de couches critique à partir du quel le film devient dense et granulaire. De même, il existe une concentration critique de la solution mère au-dessous de la quelle la croissance des films ne s’amorce pas. Les résultats montrent que, pour la concentration de 0,75M, le nombre de couches critiques est de 3. En fait la concentration de la solution mère joue le rôle primordial, dans la mesure où c’est elle qui contrôle la viscosité du milieu lors de la cristallisation du film. En dessous de ces valeurs critiques les films sont amorphes et ne présentent pas de structure granulaire. Enfin, l’étude Raman révèle la présence de contraintes de compression au sein de la structure du film par comparaison avec une de poudre commerciale. Nos avons montré qu’avec ce procédé de synthèse, ont peut obtenir des couches minces homogènes, cristallisées, orientées préférentiellement selon l’axe c d’épaisseur 50nm environ par couche. L’épaisseur augmente linéairement avec le nombre de couches. Dans une troisième partie nous avons évalué l’effet d’un dopage avec des ions Al+++ sur les propriétés des films. Le principal effet observé est une granulométrie plus fine en surface pour des concentrations des solutions mères et de MEA identiques pour l’élaboration d’un film non dopé électrique. Ceci se traduit par une amélioration de l’homogénéité structurale des films. Les meilleures performances sont atteintes pour un dopage en Al+++ de 1%. Les caractéristiques de l’émission laser des films étudiés sont proches de celles mesurées sur des films obtenus par ablation laser. Le seuil d’émission stimulée des films sol-gel ~300-400 kW/cm² montre de bonnes perspectives d’utilisation de ces films dans des émetteurs bleus. Cependant, un déplacement de llaser avec la croissance de l’énergie du pompage optique présente un effet inattendu, jamais observé précédemment. On note que la mesure de l’efficacité optique LQY suit le même comportement que la fluorescence en fonction du nombre de couches déposées
ZnO films with preferred orientation along the (002) plane were successfully deposited by a sol-gel method using Zn(CH3COO)2·2H2O as starting material and inorganic precursor. A homogeneous and stable solution was prepared by dissolving the zinc acetate in a solution of ethanol and monoethanolamine. Thin films are obtained by spin-coating on glass or quartz substrates. ZnO films were obtained by preheating the spin-coated films at temperatures of 300°C for 10 min after each coating and postheating at temperatures of 550°C for 2 h. The as-deposited films are transformed into mono-oriented ZnO upon thermal treatment. The films consist of spongy particles aggregates with a uniform size and homogenous surface. The films aims to be used for optoelectronic devices. The first part of the thesis was to establish the process of films elaboration. The conclusion of this part led to privilege the elaboration of films from deposit solutions with 0. 75M as precursor concentrations in ethanol. On the other hand the best compromise between deposit solution stability and films growth kinetics is given by a concentration in monoethanolamine (MEA), introduced before reflux into the solution, having the molar rate [MEA]/[Zn2+] = 2. The study Raman of the deposit solution proves that, in these conditions, Zn-O bond forms first of all in solution and we can admit that these entities play the role of germs initiating the crystallization mechanisms during films annealing. The second part of the thesis concerns the determination of the films morphological properties and particularly the parameters which govern the structure of ZnO film according to the layers number. We estimate, according to the concentration of the deposit solution, the evolution of the successive layers morphology and the effect on optical properties. Observations by MEB and measures of diffraction show the existence, for a given concentration, of a critical layers number, after which film becomes dense and granular. Results show that, for the concentration 0,75M, the critical number of layers is 3. In fact the concentration of the deposit solution plays a crucial role, since it controls the viscosity of the gel during the crystallization of the film. Below these critical values, films are amorphous and do not present granular structure. Finally, Raman investigation reveals the presence of compression stress within the film structure. We showed that with this synthesis process, we can obtain homogeneous, crystallized thin films, c axis preferentially oriented and with a thickness of about 50nm by layer. Thickness has a linear increase versus layers number. In the third part, Al3+ doping effect was investigated. The main observed effect is a light decrease in particles size on films surface for concentrations of deposit solutions. This can be explained by an improvement of films homogeneity structure. The best performances are reached for the atomic doping rate 1 % Al 3+. The characteristics of the films laser emission are close to those measured on films obtained by ablation laser. The threshold of stimulated emission of ZnO films 300-400 kW/cm ² show the possible use of these films in blue emission devices. However, the llaser shift with the increase of the optical pumping energy, presents a very surprising effect, ever observed before. We note that the optical efficiency LQY has the same behaviour as the fluorescence versus to layers number

Des couches minces supraconductrices de la famille bi#2sr#2ca#(#n##1#)cu#no#(#4#+#2#n#)##x avec n=1, 2 et 3, ont ete elaborees par deux techniques: l'ablation laser, a trinity college, dublin, et la mbe, a l'espci, paris. Les meilleures couches supraconductrices 2212 ont ete produites en ablation laser par croissance in situ a 720c et 0,2 mbar d'oxygene. Celles-ci presentent de bonnes qualites cristallographique et de surface, ainsi que des proprietes supraconductrices satisfaisantes. D'autres couches ont ete synthetisees par recuits apres depots a froid de materiau amorphe. La phase 2223 n'a pu etre obtenue qu'avec une certaine quantite de phase parasite 2212. Les couches produites sont utilisees pour la mesure des proprietes de transport. En particulier, les variations de la resistivite et de l'effet hall avec la temperature et le champ magnetique applique, sont etudiees en detail. Dans l'etat normal, la cotangente de l'angle de hall depend lineairement du carre de la temperature. Les theories bcs modifiees avec une singularite dans la densite d'etats pres du niveau de fermi, et les modeles magnetiques de la rvb et des spin polarons sont en mesure d'expliquer une telle dependance. L'etude de la region des fluctuations supraconductrices confirme le caractere tres bidimensionnel des composes 2212. Le changement de signe de l'effet hall dans l'etat mixte est etudie en termes de mouvement de vortex

Ce travail consiste en l'etude de films minces supraconducteurs d'ybacuo. Il comprend essentiellement 4 parties: une recherche bibliographique sur l'etat de l'art des recherches sur l'ybacuo, l'etude et l'optimisation des depots de films ybacuo amorphes par la technique de la pulverisation cathodiques diode rf-obtention par la technique de recuit rapide de la phase supraconductrice sur des substrats de zircone stabilise a l'yttrium (et polycristallins) et de silicium (avec differents types de couches tampons), mise en evidence de la detection bolometrique dans l'infra-rouge moyen par ces films. Les points originaux de ce travail sont: l'utilisation de la technique de recuit rapide, utilisation avec succes de substrat de si, avec des couches tampons de nitrure de silicium et la concretisation de nos recherches en une application industrialisable: un detecteur bolometrique

Les differents aspects de ce travail concernant l'etude des materiaux xa#2o-(1-x)geo#2 (a=li, na) sous forme de couche minces sont: 1) l'elaboration des depots par la technique de pulverisation cathodique rf; 2) l'analyse des materiaux qui a consiste a doser le lithium et le sodium par spectrometrie de flamme et le germanium par fluorescence x; 3) leur caracterisation structurale par diffraction x, exafs et spectroscopie infrarouge; 4) la mesure de l'epaisseur et de l'indice de refraction des couches minces par interferometrie ainsi que la determination de la masse volumique du materiau; 5) l'etude electrique des depots par la methode des impedances complexes. Les proprietes electriques de ces oxydes mixtes sous forme de couche mince sont comparees a celles des materiaux massifs vitreux ou polycristallins de meme composition. Ce travail montre l'interet des materiaux etudies pour la realisation de dispositifs electrochimiques miniaturises

Cette etude a pour objet la preparation et la caracterisation de couches minces orientees d'hexaferrite de baruym de type m. Les films sont elabores par pulverisation cathodique dans une configuration originale, cibles face a face. Cette methode permet de reproduire la composition de la cible dans le film. Un premier procede d'elaboration a ete trouve: un film amorphe est depose et est ensuite cristallise par recuit. Suivant la temperature de depot et l'epaisseur de la couche, des films bien orientes peuvent etre obtenus. Le deuxieme procede d'elaboration consiste a preparer des films cristallises in situ. Les conditions permettant d'obtenir des films bien orientes sont tres pointues: la temperature du support est de 720#oc et la pression partielle d'oxygene de 0,2%. Il a donc ete montre la possibilite de deposer des couches d'hexaferrite bien orientees, ce qui confirme l'interet de ce materiau pour l'enregistrement magneto-optique

Dans le cadre des applications employant des materiaux ferromagnetiques aux hyperfrequences, nous avons etudie les proprietes magnetiques et electriques de couches minces ferromagnetiques metalliques et dielectriques deposees par pulverisation ionique. Le premier volet de ce memoire se rapporte a l'installation de depot. Des parametres cles tels que l'orientation de la cible et la temperature du substrat font l'objet d'une analyse approfondie. Cette etude a permis ainsi d'aboutir a l'obtention de couches denses de qualite maitrisee. Sur la base de ces preliminaires, des films minces microcristallises de co-fe-si-b ont ete elabores et caracterises. L'analyse des proprietes magnetiques statiques et dynamiques en fonction des conditions experimentales montre qu'elles sont particulierement sensibles aux deux parametres: temperature de depot et bombardement ionique. Leur controle a permis ainsi de realiser des couches presentant a la fois des permeabilites elevees a basse frequence et de fortes pertes a des frequences plus hautes. En dernier lieu, l'accent est mis sur la realisation et l'etude de couches resistives de b-n et de fe-b-n. Nous montrons qu'il est possible d'obtenir, grace a un bombardement simultane d'ions azote de la couche en croissance, des depots nitrures de concentration en azote variable dans l'intervalle 0-50 pour cent. Concernant les depots de fe-b-n, une forte dependance des caracteristiques electromagnetiques vis-a-vis de la composition a ete observee. Selon la concentration de fer, les proprietes du compose evoluent d'un caractere fortement ferromagnetique et conducteur, a un comportement tres resistif mais a faible induction a saturation

Des couches minces de dioxyde d'etain (sno#2) pures et dopees (cu, ni) ont ete elaborees par le procede pyrosol sur des substrats de silicium oxyde en utilisant la pyrolyse d'un aerosol genere par ultrasons. Une etude systematique a permis de determiner l'influence des conditions d'elaboration sur la composition et la microstructure des couches. L'influence du cu et du ni sur les proprietes electriques de sno#2 a ete etudiee dans la gamme de temperature 77-773 k. Une concentration de cu de 1. 2-1. 5 at% et une concentration de ni de 0. 4-0. 6 at% conduisent a une augmentation de la resistance de h#2s d'un facteur 10#3. Les proprietes electriques des couches obtenues ont ete etudiees en regime stationnaire et en regime dynamique en fonction de la concentration des dopants et de la temperature en presence des melanges gazeux: 100-1200 ppm de h#2s dans l'azote, 300 ppm de co dans l'air et 80 ppm de c#2h#5oh dans l'air. Le dopage par le cu et par le ni augmente la sensibilite de sno#2 a h#2s d'un facteur 10#-#2-10#-#3. Contrairement au cas du cuivre, le nickel augmente la sensibilite de sno#2 en presence de co et de c#2h#5oh. Un modele d'interaction des couches sno#2(cu) et sno#2(ni) avec h#2s et l'oxygene de l'atmosphere est propose. Ce modele est base sur les reactions chimiques qui modifient l'etat des dopants dans sno#2 en fonction de la composition de la phase gazeuse

Ce travail de thèse a consisté à élaborer des biocapteurs à ADN permettant de réaliser une détection électrochimique directe de l'hybridation ne nécessitant ni marquage de l' ADN ni ajout de réactifs. Ces dispositifs, basés sur une approche originale, utilisent une sonde rédox immobilisée sensible à son environnement physico-chimique : la Juglone (5-hydroxy-l,4-naphthoquinone) ou JUG comme transducteur électrochimique. Dans une première approche, nous avons réalisé des monocouches auto-assemblées à base d'un dérivé thiolé de la Juglone (3-butanedithiol-5-hydroxy-l,4-naphtoquinone) ou , JUGthio. Ce système s'est révélé extrêmement sélectif (discrimination demésappariement unique) et sensible (= 300 pM). De plus, les systèmes obtenus présentent une détection de type signal-on, c'est à dire une augmentation du signal lors de l'hybridation. Pour comprendre le mécanisme de transduction, nous avons ensuite analysé la cinétique de transfert électronique en utilisant le formalisme du transfert de charges couplé au transfert de protons. En utilisant l'approximation de Butler-Volmer, nous avons montré que la cinétique rédox est déterminée par une étape qui n'engage pas de transfert électronique pour des pH supérieurs à 7. La possibilité qu'a la JUGthio réduite de créer des liaisons hydrogènes à des pH supérieurs à 7 et le fait que ces liaisons doivent être rompues lors de la réoxydation semblent constituer l'étape limitante de la réaction rédox. Ainsi, la transduction directe pourrait être obtenue grâce au changement de conformation de l'ADN lors du passage de simple brin au duplex. En effet, le grand degré de liberté du simple brin permet d'envisager de fortes interactions hydrogène avec la JUGthio. En présence du brin complémentaire, ces interactions disparaissent au profit de la formation du duplex d'ADN, modifiant de facto la cinétique de transfert de charges du transducteur (JUGthio). La seconde partie de mon travail a été de développer des couches ultra-minces, obtenues par électroréduction d'un sel de diazonium, toujours à base de dérivés de Juglone et d'acide 4-amino-benzoïque, afin de construire une nouvelle interface biosensible pour la détection de l'hybridation d'ADN. Ce système s'est révélé efficace pour la détection de l'hybridation d'oligonucléotides puisque les premiers essais montrent qu'il permet de discriminer une cible complémentaire d'une cible aléatoire et qu'il présente une détection de type signal-on. Enfin, des essais préliminaires de transfert de ces systèmes vers la réalisation d'immuno-capteurs (ovalbumine/anti-ovalbumine) ont été réalisés
My Phd works consist in developing DNA biosensors that allow direct (reagentless and label-free) electrochemical detection of hybridization. We have developed an original approach based on the use of immobilized redox probes, very sensitive to their physicochemical environment : Juglone derivatives as electrochemical transducers. First, we have realised self-assembled monolayer based on a Juglone thiol derivative. This System is very selective (single polymorphism segregation) and sensitive (~ 300 pM). Moreover these Systems show a signal-on detection that is to say an increase of signal after hybridization. To understand the transduction mechanism, the electron transfer kinetic was also analysed under the scope of coupled electron and proton transfer formalism. Using the Butler- Volmer approximation, we show that the redox kinetic is determined by a non-electronic step for pH above 7. The possibility of the reduced JUGthio to create hydrogen bounds at pH above 7 and the fact that these hydrogen bounds have to be disrupted during the reoxidation seem to play a critical role in the rate limiting step. So, direct transduction could be obtained thanks to the conformationnal change occurring during hybridization with the transformation of DNA from single strand to double strands. Indeed, with the high degree of freedom of the single strand, strong hydrogen interactions between single stranded DNA and JUGthio could be considered. After complementary target addition, these interactions disappear due to the formation of the double stranded DNA and the charge transfer kinetic of the transducer JUGthio is modified. Then, we were concerned with ultra-thin mixed films of Juglone derivatives and 4- aminobenzoic acid, obtained by electrochemical reduction of the corresponding diazonium salts, to build a new biosensitive interface for DNA detection. This System is efficient in the way that it can discriminate complementary and random targets. It also presents a signal-on detection. Last part of my work deals with the transposition of this method of transduction to the detection of other bio-analytes, especially with the realisation of immunosensors (ovalbumin/anti-ovalbumin)

La demande de capteurs de gaz performants simples, petits, et de faible coût est d'un grand intérêt si l'on prend en considération les problèmes de santé et d'environnement. C'est pourquoi nous avons décidé de développer la fabrication de couches minces d'oxydes métalliques semiconducteurs, qui présentent une bonne affinité vis-à-vis de beaucoup de gaz polluants, mais, qui, cependant, présentent un problème de sensibilité croisée et, qui, aussi, doivent fonctionner à températures élevées. Ces couches minces (SnO2, SnO2 dopé cuivre, WO3, In2O3, In2O3 dopé étain, ZnO) ont été déposées sur des plaquettes d'alumine recouverte partiellement de platine à l'aide d'une nouvelle technique de déposition: le Spray électrostatique, qui permet une grande flexibilité des paramètres de déposition (température, débit, vitesse du flux,…..). La Microscopie Electronique en Balayage et en Transmission ont révélé une nano structure homogène dont la morphologie présente la porosité désirée. Les analyses par Dispersion et Diffraction de Rayons X, ainsi que la spectroscopie Raman ont montré que ces couches minces ont obtenu la cristallinité désirée, ainsi qu'une bonne pureté, pour l'emploi en capteurs de gaz. Nous avons alors évalué les performances des couches minces pour la détection de différents gaz polluants de nature réductrice ou oxydante: H2S, SO2, NO2. De toutes les compositions étudiées, c'est l'oxyde d'étain dopé de 1% de cuivre (Cu-SnO2) qui s'est montré le plus sensible pour la détection de H2S, à basse température, sans présenter de sensibilité croisée aux deux autres gaz. Les couches minces d'oxyde de tungstène (WO3) présentent la meilleure sensibilité pour NO2, à 150°C, de toutes les compositions. Malheureusement, la réponse à NO2 interfère avec la réponse à H2S. Pour lever cette ambiguïté, on peut utiliser des couches minces d'oxyde de zinc (ZnO), qui présente une très grande sensibilité à NO2, par rapport à SO2 et H2S. Enfin, nous avons trouvé que toutes les compositions de couches minces étaient pratiquement insensibles à SO2. Sur la base de ces résultats, nous pouvons proposer la conception d'une matrice miniaturisée de capteurs permettant de détecter et de quantifier un mélange des gaz H2S/NO2
The demand of simple, small, low cost and performing gas sensors for the detection of pollutant gases is of great interest taking into consideration the health and environmental problems. For this purpose we decided to develop thin films of metal oxide semiconductors which present a good affinity to many pollutant gases, but, which, however present a problem of cross-sensitivity and, additionally, which must work at elevated temperatures. These thin films (SnO2, Cu-doped SnO2, WO3, In2O3, Sn-doped In2O3 and ZnO) have been deposited on Pt- partially coated alumina using a novel innovative technique, i.e., Electrostatic Spray Deposition allowing easy deposition parameter (temperature, flow rate, time etc.) variation. Homogeneous, nano-structured films with desired porous morphology have been obtained as revealed by Scanning Electron Microscopy and Transmission Electron Microscopy techniques. The microstructure studied using Energy Dispersive X-ray Analysis, X-ray Diffraction respectively Raman spectroscopy methods showed that we have successfully obtained the desired crystallinity and a good purity of the films for gas sensor use. The sensing performance of the films to different oxidizing and reducing pollutant gases (H2S, SO2 and NO2) has been yet evaluated. From all the studied films, the 1% Cu-doped SnO2 ones proves to be the most sensitive for the detection of H2S at low operating temperatures and furthermore present no cross-sensitivity for the two other gases. WO3 films presents the highest sensitivity to NO2 at 150°C compared with all the other composition films, but unfortunately the NO2 response interferes with the H2S response. To avoid this ambiguity, we can use ZnO films, which present a very high sensitivity to NO2 compared to SO2 and H2S response. Additionally, all the films were almost insensitive to SO2. On the base of these results we can propose the conception of a competitive miniaturized sensor array dedicated to detect and to quantify a H2S/NO2 mixture

La partie principale de ce travail concerne l'elaboration de films minces d'y#1ba#2cu#3o#x par ablation laser. Deux types de phenomenes interviennent lors de l'irradiation d'une cible par un laser: l'evaporation et l'ablation. L'utilisation d'un laser yag (i. R. ) conduit a une part importante d'evaporation, qui ne conserve pas la composition entre la cible et le film, et provoque une evolution de la structure et de la composition de la cible. En utilisant cette longueur d'onde i. R. , nous avons obtenu des films stchiometriques uniquement a partir de cibles de composition (y#1ba#2#,#4cu#4#,#2o#x). Par contre, l'irradiation d'une cible d'ybacuo par un laser excimere conduit principalement a un phenomene d'ablation qui permet de realiser des films de meme composition que la cible. Pour presenter des proprietes supraconductrices, les films deposes sous vide et a moyenne temperature doivent etre recuits sous oxygene et a haute temperature (800-850#c). Ce recuit conduit a une structure granulaire des films qui limite leurs qualites electriques. Pour eviter cette etape de recuit, les films ont ete directement deposes sous oxygene, sur substrat chauffe a 650-700c. Les conditions optimales d'elaboration des films supraconducteurs a haute temperature critique ont ete obtenues en correlant l'etude des parametres d'ablation et les proprietes cinetiques des particules ejectees, avec l'etude des parametres de depot et de cristallisation des films. Cette correlation a ete realisee par l'etude de l'expansion du plasma par spectroscopie optique resolue temporellement. L'etude temporelle d'un plasma induit par une impulsion breve (laser yag, 35 ps) a permis de mettre ene vidence des reactions inter-particules ainsi que l'effet de la charge et de la masse atomique des particules sur la dynamique d'expansion du plasma. En outre, la spectroscopie de temps de vol, utilisee dans les conditions d'elaboration des films (ablation par laser excimere sous oxygene) a montre l'influence de la pression d'oxygene et de la densite d'energie sur les facteurs cinetiques des particules ejectees, qui jouent un role important sur la qualite des films. Il s'avere donc que les spectres de temps de vol des particules peuvent etre utilises pour le controle des conditions de depot et la regulation des parametres de depot. En particulier, les spectres d'emission des molecules d'oxyde d'yttrium refletent la dynamique d'expansion de toutes les particules presentes dans le plasma: celles directement issues de la cible et celles formees dans le plasma. Par ailleurs, nous avons montre que la vitesse de depot influe sur les proprietes electriques et la morphologie des films. Les vitesses de depot elevees (>3 nm/s) conduisent a une perte d'epitaxie des films sur le substrat, due a une acceleration de la nucleation des cristallites. Les meilleurs films, obtenus sur substrat de mgo, presentent une temperature critique de 85 k, avec un caractere metallique. Les observations de microscopie electronique ont montre la croissance epitaxiale de ces films sur le substrat

Les pales de compresseur des turboréacteurs d’hélicoptères sont soumises à l’érosion due à la présence de particules solides dans l’air des environnements dans lesquels ils évoluent. Cette érosion est responsable d’une perte de performance considérable des appareils ainsi que d’une consommation de carburant excessive. Une solution adoptée pour remédier au problème que présente la dégradation de ces éléments mécaniques est leur revêtement par des couches minces déposées à l’aide de techniques PVD. The compressor blades of helicopter turbojets are subject to erosion due to the presence of solid particles in the air environments. This erosion is responsible for considerable loss of performance of the aircrafts as well as excessive fuel consumption. A solution adopted to solve the problem posed by the degradation of the mechanical elements of the engines is their coating with thin films deposited using PVD techniques. Cette étude porte sur la comparaison de revêtements élaborés par arc cathodique, habituellement utilisé pour ce type d’applications, et en HiPIMS. Deux types de structures de couches ont été élaborés à l’aide de ces deux technologies, des monocouches de TiAlN et des multicouches de Ti-TiAlN et TiAl-TiAlN. L’influence de l’yttrium sur les propriétés d’une multicouche de TiAl- TiAlYN a également été observée. Les caractéristiques chimiques (DRX, EDX), morphologiques (MEB) et mécaniques (microdureté, contraintes, adhérence) des couches ont été étudiées avant de les soumettre à un test d’érosion à des particules d’alumine développé pour l’étude. Une comparaison avec un test d’érosion à des particules de quartz a également permis de mettre en évidence une évolution du comportement des revêtements en fonction du média érodant. Enfin, nous avons soumis les revêtements à l’érosion à l’eau
The compressor blades of helicopter turbojets are subject to erosion due to the presence of solid particles in the air environments. This erosion is responsible for considerable loss of performance of the aircrafts as well as excessive fuel consumption. A solution adopted to solve the problem posed by the degradation of the mechanical elements of the engines is their coating with thin films deposited using PVD techniques This study focuses on the comparison of coatings deposited by cathodic arc, usually used for such applications, and HiPIMS. Two types of layer’s structures have been developed using these two technologies, TiAlN monolayers and Ti-TiAlN and TiAl- TiAlN multilayers. The influence of yttrium on the properties of a TiAl-TiAlYN multilayer has also been observed. Chemical (XRD, EDX), morphological (SEM) and mechanical (micro-hardness, stress, adhesion) properties of the coatings have been studied before subjecting them to an erosion test using alumina particles developed for the study. A comparison with an erosion test using quartz particles helped to highlight the evolution of the behavior of coatings according to the erosive media. Finally, we subjected the coatings to water erosion

L'Agence De l'Environnement Et de la Maîtrise de l'Energie (ADEME) a financé cette étude afin de déterminer les potentialités des nickelates de terres rares en tant que matériaux thermochrome pour l'enveloppe du bâtiment. L'objectif est la filtration du rayonnement infrarouge du spectre solaire pour la sauvegarde et la maîtrise de l'énergie. Les systèmes verriers à propriétés variables offrent la possibilité de gérer les apports solaires, de manière à limiter les antagonismes entre le confort d'été (qui implique de limiter les apports solaires) et l'efficacité énergétique de l'enveloppe en hiver (qui implique de favoriser les apports solaires). Les recherches se cantonnent sur l'oxyde de vanadium dont les propriétés d'opacités sont performantes. Cependant, sa température de transition métal-isolant (TMI) de 65ʿC est difficilement modulable et reste trop élevée. C'est dans ce contexte que les nickelates de terre rares RNiO3 à TMI variable représentent une alternative intéressante. Le travail a porté sur l'étude de solutions solides de nickelates. A l'issue d'une étude bibliographique et des travaux effectués au Laboratoire de Physique de l'Etat Condensé (thèse M. Zaghrioui), nous avons choisi les compositions SmxNd1-xNiO3 et EuxNd1-xNiO3 dont les TMI peuvent être ajustées à la température ambiante. Nous avons cherché à optimiser le procédé de fabrication de ces solutions solides sous forme de couches minces déposées principalement sur silicium. La synthèse de solutions solides Eu NdxNiO3, Sm1-xNdxNiO3 possédant des facteurs de tolérances différents (mais identiques d'une solution solide à une autre) a été réussi en reprenant les conditions de dépôt de NdNiO3 et après optimisation du recuit. Les techniques de caractérisation telles que la diffraction X et la mesure de résistivité 4 pointes ont permis de mettre en évidence la qualités des films. Les propriétés électriques montrent une amplitude de 5 ordres de grandeur de la résistivité et une modulation de la température de transition. Les compositions Sm0,38Nd0,62NiO3 et Eu0,3Nd0,7NiO3 transitent à température ambiante et on enregistre une diminution voir une disparition de l'hystérésis pour de fort taux de substitution du néodyme. Lors de la recherche de conditions de synthèses plus favorable à la formation du composé, nous avons synthétisé des perovskites Sm1-xNdxNiO3 0