REALISATION DE FILMS SUPRACONDUCTEURS YBACUO PAR PHOTOABLATION PAR LASER A EXCIMERES PDF Download
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CE TRAVAIL CONCERNE LA MISE AU POINT D'UN PROCEDE FIABLE ET REPRODUCTIBLE D'ELABORATION DE FILMS SUPRACONDUCTEURS A HAUTE TEMPERATURE CRITIQUE. IL SE DIVISE EN QUATRE PARTIES PRINCIPALES: LE PREMIER CHAPITRE, CONSACRE A LA DEFINITION DES CONCEPTS, RAPPELLE LES PROPRIETES DES MATERIAUX SUPRACONDUCTEURS. L'EVIDENT POTENTIEL TECHNOLOGIQUE DES SUPRACONDUCTEURS A HAUTE TEMPERATURE CRITIQUE, NOTAMMENT DANS LE DOMAINE HYPERFREQUENCE, EST PARTICULIEREMENT MIS EN EVIDENCE. LE SECOND CHAPITRE DECRIT LES DISPOSITIFS EXPERIMENTAUX ET MODES OPERATOIRES MIS EN UVRE, QU'ILS CONCERNENT LA REALISATION DE CIBLES MASSIVES, LES MOYENS D'ANALYSE DU PANACHE CREE LORS DE L'INTERACTION LASER-CIBLE, L'ELABORATION DES FILMS PROPREMENT DITE OU LA DETERMINATION DE LEURS PROPRIETES. LA REALISATION DE FILMS DE BONNE QUALITE, NECESSITE DEUX ETAPES FONDAMENTALES, QUI SONT: D'UNE PART, EXPOSE DANS LE TROISIEME CHAPITRE, LE DIAGNOSTIC DU PANACHE PLASMA CREE LORS DE L'ABLATION PAR UN LASER A EXCIMERES KRF, EMETTANT A 248 NM, D'UNE CIBLE SUPRACONDUCTRICE MASSIVE DE TYPE YBACUO OU BISRCACUO. LES EXPERIENCES MENEES PAR SPECTROSCOPIE OPTIQUE ET SPECTROMETRIE DE MASSE APPORTENT DES ELEMENTS DE COMPREHENSION SUR LES PHENOMENES REGISSANT LE TRANSPORT DES ESPECES DE LA CIBLE VERS LE SUBSTRAT SUR LEQUEL SE DEPOSENT LES PRODUITS DE L'ABLATION; D'AUTRE PART, LA DETERMINATION DES CONDITIONS DE DEPOT CONDUISANT A L'ELABORATION DE FILMS DE BONNE QUALITE. L'INFLUENCE DES DIVERS PARAMETRES (FLUENCE DU LASER, TEMPERATURE DE DEPOT, PRESSION D'OXYGENE, NATURE ET PRESSION DU REFROIDISSEMENT...) SUR LES PROPRIETES STRUCTURALES ET ELECTRIQUES A ETE ETUDIEE. NOUS AVONS MONTRE QUE LES CORRELATIONS ENTRE LES CONDITIONS DE DEPOT ET LES CARACTERISTIQUES DES FILMS SONT INDISPENSABLES A LA MISE AU POINT D'UN PROCEDE D'ELABORATION FIABLE ET REPRODUCTIBLE. ENFIN, NOUS PRESENTONS LES RESULTATS OBTENUS, A SAVOIR, DES FILMS EPITAXIES (001) SUR SUBSTRATS MGO ET LAALO#3 MONOCRISTALLINS, POSSEDANT UNE TEMPERATURE CRITIQUE DE 91 K, UNE LARGEUR DE TRANSITION DE 0,3 K ET UNE RESISTANCE DE SURFACE A 10 GHZ DE 3,8 M
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CE TRAVAIL CONCERNE LA MISE AU POINT D'UN PROCEDE FIABLE ET REPRODUCTIBLE D'ELABORATION DE FILMS SUPRACONDUCTEURS A HAUTE TEMPERATURE CRITIQUE. IL SE DIVISE EN QUATRE PARTIES PRINCIPALES: LE PREMIER CHAPITRE, CONSACRE A LA DEFINITION DES CONCEPTS, RAPPELLE LES PROPRIETES DES MATERIAUX SUPRACONDUCTEURS. L'EVIDENT POTENTIEL TECHNOLOGIQUE DES SUPRACONDUCTEURS A HAUTE TEMPERATURE CRITIQUE, NOTAMMENT DANS LE DOMAINE HYPERFREQUENCE, EST PARTICULIEREMENT MIS EN EVIDENCE. LE SECOND CHAPITRE DECRIT LES DISPOSITIFS EXPERIMENTAUX ET MODES OPERATOIRES MIS EN UVRE, QU'ILS CONCERNENT LA REALISATION DE CIBLES MASSIVES, LES MOYENS D'ANALYSE DU PANACHE CREE LORS DE L'INTERACTION LASER-CIBLE, L'ELABORATION DES FILMS PROPREMENT DITE OU LA DETERMINATION DE LEURS PROPRIETES. LA REALISATION DE FILMS DE BONNE QUALITE, NECESSITE DEUX ETAPES FONDAMENTALES, QUI SONT: D'UNE PART, EXPOSE DANS LE TROISIEME CHAPITRE, LE DIAGNOSTIC DU PANACHE PLASMA CREE LORS DE L'ABLATION PAR UN LASER A EXCIMERES KRF, EMETTANT A 248 NM, D'UNE CIBLE SUPRACONDUCTRICE MASSIVE DE TYPE YBACUO OU BISRCACUO. LES EXPERIENCES MENEES PAR SPECTROSCOPIE OPTIQUE ET SPECTROMETRIE DE MASSE APPORTENT DES ELEMENTS DE COMPREHENSION SUR LES PHENOMENES REGISSANT LE TRANSPORT DES ESPECES DE LA CIBLE VERS LE SUBSTRAT SUR LEQUEL SE DEPOSENT LES PRODUITS DE L'ABLATION; D'AUTRE PART, LA DETERMINATION DES CONDITIONS DE DEPOT CONDUISANT A L'ELABORATION DE FILMS DE BONNE QUALITE. L'INFLUENCE DES DIVERS PARAMETRES (FLUENCE DU LASER, TEMPERATURE DE DEPOT, PRESSION D'OXYGENE, NATURE ET PRESSION DU REFROIDISSEMENT...) SUR LES PROPRIETES STRUCTURALES ET ELECTRIQUES A ETE ETUDIEE. NOUS AVONS MONTRE QUE LES CORRELATIONS ENTRE LES CONDITIONS DE DEPOT ET LES CARACTERISTIQUES DES FILMS SONT INDISPENSABLES A LA MISE AU POINT D'UN PROCEDE D'ELABORATION FIABLE ET REPRODUCTIBLE. ENFIN, NOUS PRESENTONS LES RESULTATS OBTENUS, A SAVOIR, DES FILMS EPITAXIES (001) SUR SUBSTRATS MGO ET LAALO#3 MONOCRISTALLINS, POSSEDANT UNE TEMPERATURE CRITIQUE DE 91 K, UNE LARGEUR DE TRANSITION DE 0,3 K ET UNE RESISTANCE DE SURFACE A 10 GHZ DE 3,8 M
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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
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Ce travail a pour objectif de cerner l'influence des conditions expérimentales de l'ablation laser des céramiques TiO2 et BN, afin d'en élaborer des films minces sur divers substrats. Le premier chapitre constitue un rappel des caractéristiques des céramiques étudiées, ainsi que les différents procédés d'élaboration de films minces et, en particulier, la technique de dépôt assiste par laser dont le processus fait appel aux interactions laser-matière. Le second chapitre développe l'aspect expérimental Lie d'une part, à l'élaboration des films et aux techniques classiques de caractérisations physicochimiques et, d'autre part, à l'étude des microplasmas par microsonde laser couplée à la spectrométrie de masse. Le troisième chapitre consacré aux résultats expérimentaux met en évidence premièrement, la réalisation de films d'oxyde de titane amorphes et non stœchiométriques déposés sur le polyéthylène téréphtalate et, deuxièmement, la préparation de films de nitrure de bore amorphes sur du silicium. Dans les deux cas, une étude est effectuée, d'une part sur la transformation des cibles par le faisceau laser en fonction notamment de la longueur d'onde et de l'irradiance et, d'autre part sur la préparation des films et leur caractérisation par différentes techniques, en particulier, par spectroscopie de photoélectrons x et désorption laser couplée a la spectrométrie de masse. Dans le cas du nitrure de bore, la technique de spectrométrie de masse a transformée de Fourier (ftms) a mis en évidence l'effet bénéfique de l'irradiation d'une cible BN par un faisceau laser à 248 nm par le fait que cette longueur d'onde favorise la formation d'agrégats BnNn-1 dans une plage d'irradiance plus importante que pour les autres longueurs d'onde.
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CE TRAVAIL A PORTE SUR L'ETUDE DES PREMIERS STADES DE LA CROISSANCE DE FILMS MINCES D'OXYDE SUPRACONDUCTEUR YBA#2CU#3O#7#-#X (YBCO) DEPOSES SUR DES SUBSTRATS D'OXYDE DE MAGNESIUM PAR ABLATION LASER. NOUS AVONS ETUDIE D'UNE PART L'INFLUENCE DE LA PREPARATION DE LA SURFACE DU SUBSTRAT (MGO(001) OU SURFACE VICINALE DE MGO) ET D'AUTRE PART L'INFLUENCE DE LA TEMPERATURE DE DEPOT SUR LE MODE DE CROISSANCE ET SUR LA TEXTURE PLANAIRE DES FILMS. L'ASPECT MICROSCOPIQUE A ETE ABORDE PAR LE BIAIS DE LA MICROSCOPIE ELECTRONIQUE EN TRANSMISSION ALORS QUE L'ETUDE DE LA MORPHOLOGIE, DE LA TEXTURE ET DE LA RUGOSITE DES FILMS MINCES A ETE MENEE PAR MICROSCOPIE A FORCE ATOMIQUE ET PAR DIFFRACTION DE RAYONS X. A UNE TEMPERATURE DE DEPOT FIXEE, L'EVOLUTION DE LA CROISSANCE DU FILM AVEC L'AUGMENTATION DE L'EPAISSEUR DEPOSEE S'APPARENTE A UN MODE DE CROISSANCE STRANSKI-KRASTANOV, LA TRANSITION 2D-3D S'OPERANT POUR UNE EPAISSEUR COMPRISE ENTRE 4 ET 8 MAILLES CRISTALLINES. DANS LA GAMME DE TEMPERATURES 750-780C, LA CROISSANCE S'EFFECTUE EN SPIRALE AUTOUR D'UNE DISLOCATION VIS. HORS DE CET INTERVALLE, LE FILM EST CONSTITUE D'ILOTS. DE MEME, LA TEXTURE PLANAIRE ET LA RUGOSITE DES FILMS SONT CONDITIONNEES PAR LA TEMPERATURE DE DEPOT. PAR AILLEURS, LA NUCLEATION D'YBCO SUR UNE SURFACE VICINALE DE MGO S'EFFECTUE SIMULTANEMENT SUR LES PLATEAUX (2D) ET SUR LE FLANC DES MARCHES (3D), LA CROISSANCE SE POURSUIVANT SOUS FORME D'ILOTS PLATS. POUR UNE TEMPERATURE DE DEPOT T#S=775C, L'UTILISATION D'UN SUBSTRAT DE MGO DESORIENTE ELIMINE COMPLETEMENT LES CROISSANCES SUR DISLOCATIONS VIS AU PROFIT D'UNE CROISSANCE EN ILOTS PLATS. UNE INTERPRETATION DES VARIATIONS DU MODE DE CROISSANCE D'YBCO SUR MGO (SURFACE VICINALE OU NON) EN TERME DE LONGUEURS CARACTERISTIQUES EST EXPLICITEE
Author: Corinne Champeaux
Author: Corinne Champeaux
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