Introduction générale
important de paramètres tels que la pression totale
dans l'enceinte de pulvérisation, la pression partielle d'argon, la
température de substrat, la puissance appliquée à la cible
...
Le but de ce travail est, d'une part, d'élaborer et
d'étudier les propriétés électrique, morphologique,
structurale et optique des couches minces de TiO2 nano-cristallin
fabriquées par pulvérisation cathodique magnétron
vis-à-vis de la variation de température de substrat. D'autre
part, nous allons étudier l'influence du type de substrat sur les
propriétés des couches minces de dioxyde de titane. L'objectif de
cette étude consiste donc à comprendre les mécanismes
conduisant aux changements des propriétés physiques afin
d'établir des corrélations entre la microstructure des couches et
leurs propriétés électriques et optiques.
Dans ce cadre nous avons proposé comme substrats : le
verre qui a une structure cristalline amorphe, et le silicium monocristallin.
Le choix du substrat de silicium a été motivé par le
nombre important des applications de TiO2 faisant intervenir les
systèmes TiO2/Si, TiO2/SiO2 ou TiO2/SiO2/Si. De plus, dans l'industrie
électronique, en vue du remplacement de l'oxyde de silicium SiO2 par un
autre oxyde de plus forte constante diélectrique, l'étude de
l'interface entre un oxyde métallique et le silicium constitue depuis
quelques années un axe de recherche majeur. Ce mémoire se
décompose donc en trois grandes parties :
- la première représente une revue
bibliographique qui portera sur l'étude des propriétés
optique, structurale et électrique du dioxyde de titane et ses
applications.
- dans une seconde partie, nous nous intéresserons aux
différentes techniques CVD ou PVD habituellement utilisées pour
préparer les couches minces. Cette partie présente un panorama
non exhaustif des différentes techniques de dépôt. Nous
détaillerons en particulier les types de pulvérisation cathodique
en soulignant ses avantages. Nous allons rappeler aussi les modèles de
M-D et Thornton de croissance cristalline pour des couches d'oxyde
métallique pulvérisées en fonction de la
température de substrat et de la pression totale de l'enceinte.
- le choix des conditions opératoires pour
élaborer nos couches minces par pulvérisation cathodique
radiofréquence à effet magnétron, la préparation
ainsi que la caractérisation physique de ces couches feront l'objet de
la troisième partie. En effet, nous nous intéresserons dans cette
partie à la caractérisation optique par
spectrophotométrie, structurale par des analyses de diffraction des
Rayons X, morphologique par microscopie à force atomique (AFM) et
électrique par spectroscopie d'impédance électrique (SIE)
et par la méthode de pointe chaude. Le principe de fonctionnement de
chaque dispositif d'analyse sera bien détaillé.
Enfin, une conclusion générale permettra de
dégager l'essentiel de ce travail et de le mettre en perspective.
ENIT 2009 2
Matériau TiO2
1.1 Introduction 4
1.2 Structure cristalline 4
1.2.1 Phase rutile 5
1.2.2 Phase anatase 6
1.2.3 Phase brookite 7
1.3 Propriétés électriques
8
1.3.1 Dopage et type de conductivité
8
1.3.2 Conductivité 9
1.3.3 Constante diélectrique 10
1.4 Propriétés optiques 10
1.5 Applications 12
1.5.1 Biocompatibilité du TiO2 12
1.5.2 Pigments et peintures 12
1.5.3 Activité photocatalytique 13
1.5.4 Super-hydrophilie (anti-buée)
15
1.5.5 Electronique et photovoltaïque
15
1.5.6 Eclairage des tunnels 16
1.5.7 Chauffage 16
1.5.8 Autres applications 17
1.6 Conclusion 18
ENIT 2009 3
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