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Couches minces

Marie-Paule Besland, Valérie Brien, Antoine Goullet, Agnes Granier, Pierre-Yves Jouan, Christiane Leteinturier, Mireille Richard-Plouet, Solène Béchu (PhD), Stéphane Elisabeth (PhD), Sabine Fabert (PhD), Julien Keraudy (PhD), Romain Meunier (PhD), Madec Quéré (PhD), Yoan Gazal (post PhD), Angelina d'Orlando (post PhD)

Les procédés PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) et pulvérisation magnétron, en modes continu, DC pulsé et HiPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering) sont particulièrement adaptés pour élaborer des revêtements et des couches minces d'oxydes, nitrures et chalcogénures aux propriétés optimisées pour une application donnée. Actuellement, nous nous intéressons plus particulièrement aux propriétés électriques et optiques des matériaux  TiO2, TiSiO et NiO, aux propriétés mécaniques et anti-corrosion du Ni, NiO, NiSi, NiSiN, CrN, CrAlN et CrSiN en couches minces. Les procédés de pulvérisation magnétron sont également étudiés pour la synthèse de couches minces de matériaux pour les cellules solaires CIGS (CIGS, Mo, ZnS, ZnO:Al) et les mémoires RRAM à transition résistive (composés AM4X8 et V2O3:Cr - collaboration avec l'équipe PMN). L'équipe développe aussi une approche de synthèse de couches minces d'oxydes de métaux de transition par voie chimique.

Notre objectif est d'établir le lien entre les propriétés visées, les caractéristiques morphologiques physico-chimiques et structurales des couches minces obtenues et les paramètres du procédé de dépôt afin de mieux comprendre les mécanismes de croissance de la couche mince et d'optimiser le matériau selon l'application visée. A titre d'exemple, l'équipe développe des capteurs de pression et température à base d'oxydes et de nitrures avec un savoir faire sur les matériaux d'électrode (collaboration équipe PMN et le GEPEA).

Permanents impliqués : Marie-Paule Besland, Antoine Goullet, Agnes Granier, Pierre-Yves Jouan, Christiane Leteinturier, Mireille Richard-Plouet
Doctorants : Solène Béchu, Stéphane Elisabeth, Sabine Fabert, Julien Keraudy, Romain Meunier, Madec Quéré
Post-doctorants : Yoan Gazal, Angelina d'Orlando

Matériaux fonctionnels

1. Matériaux à transition résistive pour mémoires RRAM

Marie-Paule Besland, Madec Querré (2012-2016), PMN team: Laurent Cario, Corraze Benoit Etienne Janod, SATT Ouest Valorisation: Julien Tranchant

Une découverte majeure réalisée à l’IMN montre la possibilité d’induire par pulse électrique une transition résistive non volatile et réversible dans une vaste classe de matériaux : les isolants de Mott. En effet, l’existence de deux niveaux de résistance (basse et haute résistance), et la possibilité de transition entre ces deux états permettent la réalisation de mémoires de type RRAM où les 0 et 1 logiques sont associés aux deux niveaux de résistance (Roff/Ron). Depuis une décennie, ces travaux précurseurs ont mis en évidence une transition résistive induite par pulses électriques dans une nouvelle famille de composés, les AM4X8, (A=Ga, Ge ; M=V, Nb, Ta ; X=S, Se), puis plus largement dans les isolants de Mott [Brevets 2007, 2012] .

Couches minces de TiO2 et TiO2/SiO2 par PEVCD

Michèle Carette (→ 08/2015), Stéphane Elisabeth (2012-2015), Antoine Goullet, Agnès Granier, Pierre-Yves Jouan, Dayu Li (2010-2013), Mireille Richard Plouet (2015 →)

Les matériaux à base d'oxyde de titane sont particulièrement intéressants du fait de leurs propriétés optiques (indice optique élevé), électriques (forte permittivité) et photocatalytiques. Nous étudions le dépôt par PECVD de couches minces de TiO2 et d'oxydes mixtes de titane et silicium (TiSiO) afin de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu lors du dépôt (réactions homogènes au sein du plasma et hétérogènes à la surface) et d'optimiser les matériaux en vue de ces applications. Les performances sont déterminées à partir de dispositifs de test intégrés : guides d'ondes optiques et condensateurs MIS (Métal-Isolant-Semiconducteur) et MIM (Métal-Isolant-Métal).

Couches minces Al-Cu-N-O par pulvérisation magnétron

Valérie Brien, Pierre-Yves Jouan, Mireille Richard-Plouet

Cette activité vise le développement et l'optimisation de nouveaux composés sous la forme de films minces présentant des propriétés photocatalytiques spécifiques, à savoir anti-bactériennes, de manière à lutter contre les maladies nosocomiales.

Dépôt de NiO par pulvérisation cathodique réactive DC et HiPIMS

Pierre-Yves Jouan, Julien Keraudy (2012-2015), Mireille Richard-Plouet, MIOPS team: Linda Cattin

Cette activité vise le développement et l'optimisation de couches minces de NiO transparentes semi-conductrices de type p jouant le rôle de contact ohmique entre l'une des électrodes et la structure organique au sein de cellules solaires photovoltaïques de nouvelle génération.

Le dépôt, réalisé sous vide et sans chauffage intentionnel par pulvérisation magnétron réactive DC et HiPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering), présente l'intérêt de ne pas endommager la couche organique. Les propriétés recherchées sont un compromis entre une bonne transparence, une conductivité de l'ordre de l'ohm-centimètre et une densité de charge "homogène".
Des applications comme capteurs électrochimiques et vitrage électrochrome sont également visées.

Dépôt d'oxydes de métaux de transition par voie chimique

Solène Béchu (2013-2017), Luc Brohan (> 01/04/2016), Angélina D’Orlando (2016-2017), Jean-Luc Duvail, Moustafa El Kass (2013-2014), Antoine Goullet, Bernard Humbert, Pierre-Yves Jouan, Mireille Richard-Plouet, Hélène Terrisse

Le contrôle de l’hydrolyse et de la condensation du précurseur commercial TiOCl21,4HCl7H2O dans le N,N diméthylformamide (DMF) a permis de synthétiser des sols et gels aux propriétés photo-électrochimiques originales. L’exploitation de ces propriétés conduit à développer de nouveaux photo-dispositifs, ce qui requière la mise en forme des sols et la caractérisation de leurs propriétés après dépôt mais également sous illumination afin d’élucider les mécanismes impliqués.

Les procédés de chimie douce, appliqués aux oxydes de titane permettent l’obtention sélective et à basse température (T<200°C) des différentes variétés allotropiques de TiO2, tout en contrôlant la taille et la forme des grains ainsi que la nature des plans cristallographiques. Afin de ralentir les processus, le choix de réactif s’est porté sur des cristaux de [Ti8O12 (H2O)24]Cl8, HCl, 7H2O.

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