Author: Philippe Breuil Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 164
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Ce travail concerne l'élaboration par deux procédés différents puis l'étude de couches minces de dioxyde d'étain en vue de réaliser des éléments sensibles pour la détection des gaz. Le principe de tels détecteurs consiste à suivre les variations de conductivité électrique de ces produits lorsqu'un gaz s'adsorbe à leur surface et ceci en fonction de la température du détecteur. Le premier procédé, le dépôt chimique en phase vapeur, permet d'obtenir des couches compactes performantes, mais des problèmes liés à la reproductibilité des propriétés ainsi qu'à la sélectivité n'ont pu être résolus au cours de ce travail. Il a pu être montre que le deuxième procède, l'évaporation réactive, met en jeu, dans ce cas, une oxydation de l'étain suivie d'une sublimation de l'oxyde. Les couches obtenues peuvent avoir une très faible densité ainsi que des textures très particulières. Elles sont, pour certaines conditions de dépôt, très performantes au niveau sensibilité, sélectivité et stabilité dans le temps. Des expériences de thermodésorption et de mesure de conductivité en montée en température ont permis, dans le cas des couches obtenues par évaporation réactive, de proposer un modèle expliquant les propriétés électriques des couches en présence de certains gaz: l'augmentation de conductivité électrique observée alors semble provenir de la création de porteurs libres de courte durée de vie lors de certaines réactions catalytiques ayant lieu à la surface du dioxyde d'étain.
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LES OXYDES TRANSPARENTS CONDUCTEURS EN COUCHES MINCES D'UNE MANIERE GENERALE ET LES FILMS D'OXYDE D'ETAIN EN PARTICULIER ONT DES APPLICATIONS POTENTIELLES DANS DE NOMBREUX DOMAINES, ESSENTIELLEMENT LORSQUE L'ON A BESOIN SIMULTANEMENT D'UNE BONNE TRANSPARENCE DANS LE VISIBLE ET D'UNE BONNE CONDUCTIVITE ELECTRIQUE. LA METHODE DE TIRAGE SOL-GEL A ETE CHOISIE POUR ELABORER LES FILMS DE SNO#2. ELLE PERMET D'OBTENIR UN MATERIAU DE GRANDE PURETE AYANT UNE BONNE HOMOGENEITE PAR RAPPORT A D'AUTRES METHODES CLASSIQUES D'ELABORATION TELLES QUE LE DEPOT CHIMIQUE A PHASE VAPEUR, LA PYROLYSE OU LA PULVERISATION. DANS UN PREMIER TEMPS, NOUS AVONS CHERCHE A OPTIMISER L'ELABORATION DU MATERIAU AFIN D'OBTENIR LE MATERIAU LE PLUS PUR POSSIBLE. LE SNO#2 PAR LA METHODE SOL-GEL SE CONDUIT ELECTRIQUEMENT COMME UN ISOLANT ALORS QU'ELABORE EN COUCHES MINCES PAR D'AUTRES TECHNIQUES IL EST CARACTERISE PAR UNE CONDUCTION INITIALE ASSOCIEE A LA PRESENCE DE LACUNES D'OXYGENE DUE A LA NON-STOECHIOMETRIE. DANS UNE SECONDE APPROCHE LE DOPAGE A L'ANTIMOINE A ETE ETUDIE, PLUS PARTICULIEREMENT LA VARIATION DU TAUX D'ANTIMOINE EFFECTIVEMENT PRESENT DANS LA COUCHE DEPOSEE. ON CONSTATE UNE PERTE D'ANTIMOINE LORS DE L'ELABORATION CAR CE DOPAGE A L'INTERIEUR DES COUCHES EST TROUVE SYSTEMATIQUEMENT INFERIEUR A CELUI PREVU DANS LA SOLUTION INITIALE. LA RESISTIVITE EN FONCTION DU DOPAGE SE COMPORTE DIFFEREMMENT DE CELLE OBSERVEE POUR D'AUTRES TECHNIQUES D'ELABORATION. IL SEMBLE QU'ELLE SOIT GEREE PAR LA COMPETITION ENTRE LES DEUX ETATS DE L'ANTIMOINE SB#5#+ ET SB#3#+ MAIS LA TRES FAIBLE CONCENTRATION EN LACUNES D'OXYGENE, LA TAILLE DES CRISTALLITES ET LA MORPHOLOGIE DOIVENT EGALEMENT JOUER UN ROLE DANS CETTE DIFFERENCE DE COMPORTEMENT. DU POINT DE VUE OPTIQUE, ON NOTE UNE COLORATION BLEUTEE DE PLUS EN PLUS INTENSE LORSQUE LA TENEUR EN SB AUGMENTE, PHENOMENE DEJA OBSERVE SUR DES FILMS ELABORES PAR D'AUTRES TECHNIQUES, ET DONT L'ORIGINE PROVIENT D'UN TRANSFERT DE CHARGE ENTRE SB#5#+ ET SB#3#+ CONJOINTEMENT A UN DEPLACEMENT DE LA BANDE PLASMONS PAR LES PORTEURS LIBRES. PAR CONTRE LE NOIRCISSEMENT DES COUCHES POUR LES PLUS FORTS DOPAGES RAPPORTE DANS LA LITTERATURE EST INEXISTANT DANS LE CAS DE LA METHODE SOL-GEL. LA METHODE SOL-GEL PERMET D'ELABORER AINSI UN MATERIAU SNO#2 STOECHIOMETRIQUE DE TYPE CASSITERITE MAIS NOUVEAU DE PART SES PROPRIETES ELECTRIQUE ET OPTIQUE
Author: EL HADI.. BABA ALI Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 208
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DANS LE CADRE DE MA THESE DE DOCTORAT, J'AI TRAVAILLE D'UNE PART SUR LES OXYDES TRANSPARENT CONDUCTEURS ET D'AUTRE PART SUR LES OXYDES DE METAUX DE TRANSITION EN COUCHES MINCES. CE TRAVAIL EST DONC DIVISE EN DEUX PARTIES : LA PREMIERE PARTIE CONSISTE AINSI EN L'ELABORATION ET EN LA CARACTERISATION DES COUCHES MINCES PERFORMANTES D'OXYDE D'INDIUM IN 2O 3 OBTENUES PAR EVAPORATION THERMIQUE REACTIVE. J'AI PORTE UN INTERET TOUT PARTICULIER A L'ETUDE DE L'INFLUENCE DES CONDITIONS EXPERIMENTALES DE DEPOT, DU TRAITEMENT THERMIQUE AINSI QUE CELUI DU DOPAGE PAR GERMANIUM PAR IMPLANTATION IONIQUE SUR LEURS PROPRIETES ELECTRIQUES ET OPTIQUES. J'AI MODELISE LEUR COMPORTEMENT ELECTRIQUE A L'AIDE D'UN MODELE FAISANT INTERVENIR, DANS CERTAINS CAS, UNE LIMITATION AUX JOINTS DE GRAINS. CES COUCHES MINCES ONT ETE UTILISEES A LA REALISATION AU SEIN DE NOTRE LABORATOIRE, DES COMPOSANTS OPTOELECTRONIQUES A SAVOIR DES CELLULES PHOTOVOLTAIQUES ET DES DIODES ELECTROLUMINESCENTES ORGANIQUES (DELO). JE ME SUIS INTERESSE DANS LA DEUXIEME PARTIE DE CE TRAVAIL A LA REALISATION DES COUCHES MINCES D'OXYDES DE METAUX DE TRANSITION TELS QUE LA VANADATE FEVO 4 ET LA DIVANADATE NI 2V 2O 7 OBTENUES PAR EVAPORATION DES ELEMENTS METALLIQUES PAR CANON A ELECTRONS SUIVI D'UN TRAITEMENT THERMIQUE. CES COUCHES ETAIENT DEPOSEES SUR DES SUBSTRATS DE VERRE RECOUVERT PREALABLEMENT PAR UNE COUCHE DE SNO 2 AINSI QUE SUR DES DISQUES DE PLATINE. DES TESTS ELECTROCHIMIQUES SUR CES COUCHES ONT ETE REALISES DANS LE CADRE D'UNE COLLABORATION ENTRE NOTRE EQUIPE ET CELLE DE D. GUYOMARD QUI FAIT PARTIE DU LABORATOIRE DE PHYSICO-CHIMIE DES SOLIDES DE L'INSTITUT DES MATERIAUX DE NANTES (IMN).
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Ce travail avait pour objectif de réaliser des couches minces de Zno co-dopées Cobalt et Indium en vue de la réalisation de cellules photovoltaïques. Pour la fabrication des couches minces, nous avons choisi la méthode de pulvérisation cathodique en radio fréquence. Cette méthode nous permet d'obtenir des couches ayant différentes propriétés qui dépendent des paramètres de dépôt. Les couches minces de CIZO obtenus sont recuites sous N2 et H2 pour la série 1 et O2 pour la série 2. Dans la première partie de ce travail, nous avons entrepris une étude des propriétés morphologiques, vibrationnelles et optiques.Dans la deuxième partie de ce travail, nous avons étudié l'effet de l'épaisseur et l'effet de recuit sous azote pour améliorer les différentes propriétés (structurales, morphologiques, optiques et électriques) de nos échantillons. Dans la troisième partie de ce travail, nous avons étudié l'influence de temps de recuite sur les différentes propriétés (structurales, morphologiques, optiques et électriques) de nos échantillons.
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Ce travail de thèse concerne l'élaboration et la caractérisation structurale de couches minces d'oxyde d'étain dopées avec des terres rares ainsi que l'étude de leurs propriétés de photoluminescence. Les couches sont dopées avec du cérium, du terbium ou de l'ytterbium. Les films sont élaborés par évaporation sous vide d'une poudre de SnO2 sur un substrat de silicium monocristallin, et nécessitent un recuit post-dépôt à 600°C à l'air pour cristalliser en phase SnO2 de type rutile. Dans une première partie du travail a consisté caractériser le matériau non dopé. La caractérisation microstructurale a révélé qu'une oxydation du substrat conduisant à une réaction entre l'oxyde d'étain et le silicium avait lieu, conduisant à une microstructure complexe. Afin de limiter les interactions chimiques, des substrats recouverts de silice thermique ont également été utilisées. Les films non dopés présentent des propriétés de luminescence, mise en évidence et discutées en lien avec la microstructure. Pour les films dopés, l'étude structurale a mis en évidence la cristallisation d'une seconde phase de SnO2 de type orthorhombique. Une étude approfondie en STEM-EELS a permis de localiser les ions de terre rare dans la couche. Enfin les propriétés de luminescence des terres rares ont été étudiées en fonction de leur concentration dans le film et de la température de recuit. Après des recuits à 700°C, les couches dopées au Tb émettent intensément dans le vert à température ambiante, ce qui pourrait être intéressant pour le développement de diodes vertes à base de SnO2.
Author: Christian Ruby Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 227
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Dans ce travail, nous avons montré qu'il est possible d'élaborer plusieurs types de surface modèle d'oxyde de fer. La caractérisation in situ des films minces est réalisée à l'aide des techniques RHEED, LEED, AES et XPS. La spectroscopie Raman a également permis d'analyser plusieurs échantillons remis à l'air. Les substrats utilisés sont Cu(111), MgO(001), Al2O3(-1012) et une lame de fer pur polycristalline. A 300 K, l'oxydation sous basse pression d'oxygène du fer déposé sur Cu(111) conduit à un oxyde de fer d'épaisseur maximale de l'ordre de 10 A. Sur MgO(001), des surfaces de wüstite Fe(1-x)O(001) et de magnétite Fe3O4(001) ont été élaborées en évaporant du fer sous pression partielle d'oxygène. Les surfaces de wüstite sont néanmoins très instables et se transforment entièrement en magnétite suite à une exposition de 1000 L d'oxygène. Sur Al2O3(-1012), une image de diffraction RHEED correspond à l'épitaxie souhaitée de [alpha]Fe2O3(-1012). Les résultats ne sont cependant pas reproductibles et par XPS, on identifie une phase de type Fe3O4. L'étude de l'oxydation d'une lame de fer polycristalline nous a montré que pour obtenir une surface de composition Fe2O3, il est nécessaire d'effectuer l'oxydation à 600 K sous pression atmosphérique d'oxygène. Ce traitement peut être appliqué à l'interface Fe3O4/MgO et on observe une transformation de phase de surface de type Fe3O4->[gamma]Fe2O3. Enfin, l'interaction avec H2O des surfaces de magnétite obtenues a été étudiée par XPS. L'interaction avec la vapeur d'eau est faible et on observe peu d'évolution sur le spectre O1s. Lorsque les surfaces sont immergées dans l'eau distillée, la forme du spectre O1s évolue sensiblement. On attribue cette évolution à l'adsorption d'environ 3 MC d'espèces hydroxyles et d'eau moléculaire.
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Ces dernières années, dans le cadre de la physique hors d'équilibre, un nombre important d'études ont été consacrées à la morphogenèse, et en particulier à la morphogenèse des croissances électrochimiques à partir d'électrolytes binaires. Le travail que nous présentons ici rapporte une des premières applications fonctionnelles de ces études. Nous décrivons un capteur dont la couche sensible, élaborée par voie électrochimique, est formée par un film polycristallin, électrodéposé sur un substrat isolant, et constitué de grains nanométriques. Nous décrirons un nouveau procédé, breveté, permettant la réalisation de nanoagrégats métalliques, en particulier sur substrat isolant. L'influence des paramètres pertinents sur les morphologies, fractales ou continues sera présentée. L'étude microstructurale du matériau (taille de grain, organisation cristallographique, ...) et les mécanismes de formation de la couche sensible seront rapportés. Cette étude met en évidence une méthode originale de réalisation d'alliages nanométriques à la température ambiante. Les performances (sensibilité, stabilité,...) du capteur en présence de différents gaz (monoxyde de carbone, alcool éthylique, monoxyde d'azote,...) seront décrites. Les premiers résultats obtenus montrent une très bonne détection, un temps de réponse inférieure à 10 secondes, un temps de récupération désorption de 300 secondes, une grande stabilité du capteur, pour une température de fonctionnement nettement inférieure à celle des capteurs commerciaux actuels.
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DES COUCHES DE MOS#2 SONT OBTENUES PAR REACTION A L'ETAT SOLIDE ENTRE LES CONSTITUANTS EN COUCHES MINCES. AFIN D'AMELIORER L'ORIENTATION ET LA TAILLE DES CRISTALLITES, UNE FINE COUCHE DE NICKEL EST PREALABLEMENT DEPOSEE SUR LES SUBSTRATS (MICA OR SILICE). LA STRUCTURE MULTIFEUILLET MO/S/MO-MO/S EST RECUITE SOUS UN FLUX D'ARGON DANS UN TUBE DE SILICE. LES MEILLEURES CONDITIONS DE RECUIT SONT POUR LA TEMPERATURE T = 1123 K ET LA DUREE T = 30 MINUTES. LES COUCHES SONT CARACTERISEES PAR LA DIFFRACTION DE RAYONS X, LE MICROSCOPE ELECTRONIQUE A BALAYAGE (MEB), LA MICROANALYSE ET L'ANALYSE CHIMIQUE PAR SPECTROSCOPIE PHOTOELECTRONIQUE (XPS). TOUTES LES COUCHES SONT STCHIOMETRIQUES ET CRISTALLISEES DANS LA STRUCTURE 2H-MOS#2 OU SEULS LES REFLEXIONS (00L) SONT PRESENTES. LEUR TYPE P EST VERIFIE PAR LES MESURES ELECTRIQUES ET XPS. LES VALEURS DEDUITES DES MESURE DE CONDUCTIVITE ET DE PHOTOCONDUCTIVITE SONT EN BON ACCORD AVEC CELLES DES MONOCRISTAUX ET DEMONTRENT LA HAUTE QUALITE CRISTALLINE DES COUCHES MINCES OBTENUES. DES COUCHES MINCES DE MOS#2 SONT DEPOSEES SUR DES SUBSTRATS DE MOLYBDENE, TANTALE AND TUNGSTENE POUR ETRE UTILISES COMME CONTACT OHMIQUE ARRIERE DANS LES CELLULES PHOTOVOLTAIQUES. D'UNE PART, LES CRISTALLITES CROISSANT SUR DES SUBSTRATS DE TUNGSTENE SONT FORTEMENT ORIENTEES AVEC LEUR AXE C PERPENDICULAIRE AU PLAN DU SUBSTRAT ET LEUR TAILLE EST AUSSI LARGE QUE DANS LE CAS DES SUBSTRATS DE MICA OU DE SILICE. D'AUTRE PART SUR LES AUTRES METAUX REFRACTAIRES (TA, MO), LA TAILLE DES CRISTALLITES EST PLUS PETITE ET LA TEXTURATION DES COUCHES N'EST PAS AUSSI BONNE. CEPENDANT LA DIFFUSION DU NICKEL SUR TOUTE L'EPAISSEUR DE LA COUCHE PROVOQUE DES COURT CIRCUITS DANS LA STRUCTURE SANDWICH. L'UTILISATION DE SUBSTRATS DE TUNGSTENE SANS LA PRESENCE DE NICKEL PERMET D'OBTENIR DES COUCHES MINCES TEXTUREES AND STCHIOMETRIQUES. DANS CE CAS, LES PROPRIETES ELECTRIQUES DE W/MOS#2/W ONT ETE ETUDIES PAR L'ANALYSE DU COMPORTEMENT DE LA CARACTERISTIQUE COURANT-TENSION AVEC LA TEMPERATURE. CETTE ETUDE A MONTRE LE BON CONTACT OHMIQUE DE LA STRUCTURE. LA CARACTERISTIQUE (J-V) DE L'HETEROJONCTION MOS#2/CDS PRESENTE UN EFFET REDRESSEUR. DES COUCHES MINCES TEXTUREES DE MOS#2 SONT AUSSI REALISEES A BASSE TEMPERATURE (T
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Les travaux sur l'utilisation de nouveaux matériaux pour la conception de systèmes de mesure de la qualité de l'air, efficaces et peu chers, suscitent un intérêt croissant dans notre société. L'objectif de ces travaux de thèse est l'élaboration et la caractérisation de couches minces nanocomposites obtenues par pulvérisation cathodique RF à partir d'une cible de CuFeO2, en vue de leur utilisation comme couche sensible pour la détection du CO2. Les films minces ont été déposés dans quatre conditions différentes en variant la pression d'argon dans l'enceinte et la distance cible-substrat. Dans un premier temps, nous avons caractérisé la structure et la microstructure des films bruts de dépôt par DRX, MEB et MET, EPMA, XPS, AFM et spectroscopie Raman. Ces analyses ont permis de révéler la présence de cuivre métallique dans les dépôts, dont les teneurs sont dépendantes des conditions d'élaboration, mais également de déterminer la nature de la matrice oxyde. Cette dernière est constituée d'une phase spinelle CuxFe3-xO4 (avec x proche de zéro) et de cuprite Cu2O. Elles ont ainsi pu mettre en évidence le caractère réducteur de la technique de pulvérisation. L'étude des couches minces traitées thermiquement sous air a ensuite montré une nanostructuration en deux couches superposées. La composition, l'épaisseur et la porosité de chacune des couches ont été déterminées par analyses couplées XPS, EPMA, MEB. La couche de surface s'avère être du CuO et la couche de cœur du CuFe2O4. La couche de CuO présente des épaisseurs et des porosités différentes suivant les conditions de dépôt utilisées pour les échantillons bruts : les plus grandes épaisseurs et porosités sont obtenues pour les films bruts possédant la plus grande teneur en cuivre métallique. Enfin, après la mise en œuvre et l'optimisation d'une cellule de mesure, nos matériaux originaux associant, avec différentes microstructures, des oxydes de type p (CuO) et n (CuFe2O4) ont été testés en vue de la détection du CO2. La meilleure réponse a été obtenue pour une couche élaborée dans les conditions les plus réductrices et est proche de 50%. Les temps de réponse et de recouvrement sont de 65 et 8 min, respectivement. Les réponses de ces matériaux ont également été testées avec succès pour d'autres gaz tels que NO2, H2 et C2H5OH.
Author: Philippe Breuil
Author: Doumit Zaouk
Author: Catherine Terrier
Author: EL HADI.. BABA ALI
Author: Houyem Slimi
Author: Florent Hild
Author: Christian Ruby
Author: Ibrahima Kante
Author: ERIC.. GOURMELON
Author: Audrey Chapelle