Julien Chevet

Vendredi 31 janvier à 09h00 - Dépôt de couches minces nanocomposites luminescentes de nanoparticules de ZnO dans une matrice de SiO₂ par un procédé hybride associant plasma froid et injection de solutions colloïdales

Visio zoom : https://univ-nantes-fr.zoom.us/j/83019878927

Résumé :

Ce travail porte sur la synthèse de couches minces nanocomposites photoluminescentes. Ces couches ont été réalisées par enduction centrifuge et par l’injection de solutions colloïdales de nanoparticules de ZnO dans un plasma froid. Dans une première partie, l’impact du plasma sur des films de nanoparticules de ZnO/hexaméthyledisiloxane déposés par enduction centrifuge a été étudié. Cette première étude a permis de mettre en évidence plusieurs phénomènes. D’abord, elle a confirmé la luminescence des nanoparticules et la présence d’une émission excitonique détectable dans ces conditions. Le traitement plasma a montré son efficacité à dégrader les molécules organiques de la solution colloïdale. Il est également responsable d’une érosion des nanoparticules dans les films. Elle a également mis en évidence le rôle de l’air dans la luminescence visible des nanoparticules de ZnO ainsi qu’un phénomène de vieillissement des nanoparticules dans le temps.

Un procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) est utilisé en même temps que l’injection de solutions colloïdales de ZnO, pour faire croître autour de ces nanoparticules une matrice protectrice de SiO₂. L’ensemble de ces deux éléments est qualifié de procédé hybride. Une première phase d’optimisation de l’injection et de la solution colloïdale a permis d’arriver à la synthèse des couches minces nanocomposites voulues. Différentes caractérisations ont été menée pour déterminer l’arrangement des nanoparticules dans les films ainsi que leur composition. L’étude de leur photoluminescence a permis de montrer que ce procédé permet de favoriser l’émission excitonique par rapport à l’enduction centrifuge. Les films ainsi préparés sont également protégés du vieillissement. Ce travail apporte une compréhension de ce type de procédé et des étapes d’optimisation nécessaire pour obtenir des films nanocomposites.

Mots clés : PECVD, ZnO, nanoparticules, photoluminescence

Deposition of luminescent nanocomposite thin films of ZnO nanoparticles in a SiO₂ matrix by a hybrid process combining cold plasma and colloidal solution injection

Abstract :

This work focuses on the synthesis of photoluminescent nanocomposite thin films. These layers were produced by spin-coating and injection of colloidal solutions of ZnO nanoparticles into a cold plasma. In the first part, the impact of plasma on ZnO nanoparticle films deposited by spin-coating was studied by plasma treatment. This initial study highlighted several phenomena. First, it confirmed the luminescence of the nanoparticles and the presence of excitonic emission detectable under these conditions. Plasma treatment proved to be effective in degrading organic molecules in the colloidal solution. It is also responsible for the erosion of nanoparticles in the films. It also highlighted the role of air in the visible luminescence of ZnO nanoparticles, as well as a phenomenon of aging of the nanoparticles over time.

At the same time than injecting colloidal ZnO solutions, a plasma-assisted chemical vapor deposition (PECVD) process was used to grow a protective SiO₂ matrix around the nanoparticles. Together, these two elements are referred to as a hybrid process. A first phase of optimization of the injection and colloidal solution led to the synthesis of the desired nanocomposite thin films. Various characterizations were carried out to determine the arrangement of nanoparticles in the films, as well as their composition. A study of their photoluminescence showed that this process favors excitonic emission over spin-coating. Films prepared in this way are also protected from aging. This work provides an understanding of this type of process and the optimization steps required to obtain nanocomposite films.

Keywords : PECVD, ZnO, nanoparticles, photoluminescence