Chapitre 1 : Matériau TiO2
1.6 Conclusion
Le dioxyde de titane (TiO2) se présente sous
différentes formes cristallines : l'anatase, le rutile et la brookite,
le bronze (TiO2-B), le columbite (TiO2-II, srilankite ou bien TiO2 type
?-PbO2), le hollandite (TiO2-H), le ramsdellite (TiO2-R) et le baddeleyite
(TiO2-III), dont les plus courantes sont l'anatase, le rutile et la brookite
(très rare). Ce composé est un semi-conducteur de type n en
raison de son déficit en oxygène qui résulte de
l'existence de lacunes anioniques ou de la présence d'atomes de titane
en sites interstitiels, sa conductivité dépend de sa non
stoechiométrie : plus il est déficitaire en oxygène, plus
il est conducteur. Sa conductivité est très faible, mais celle-ci
augmente avec le dopage par des cations : Mg2+, Nb5+, Ta5+.
L'étude bibliographique relative au dioxyde de titane,
au niveau structural comme au niveau de ses propriétés, montre
qu'il présente un caractère fortement anisotrope. Ceci nous
permettra de comprendre le comportement de ce matériau face à un
chauffage de substrat ou en fonction de nature de substrat et d'analyser ainsi
les résultats qui seront obtenus.
Une diversité d'applications reflète
l'importance du matériau. A cause du grand potentiel de TiO2 dans les
applications et du manque d'une compréhension de base de ce
matériel, la recherche sur ce matériel est la plupart du temps
topique. Les applications sont essentiellement concentrées sur les
couches minces de TiO2. Les propriétés morphologiques et
structurales, et par suite les propriétés physiques, des couches
minces dépondent du processus de fabrication.
ENIT 2009 18
Techniques de dépôt :
Pulvérisation
cathodique
2.1 Introduction 20
2.2 Dépôt chimique en phase vapeur (CVD :
Chemical Vapor Deposition) 22
2.3 Evaporation thermique 24
2.4 Ablation laser (Pulsed Laser Deposition- PLD)
26
2.5 Epitaxie par jets moléculaires
27
2.6 Pulvérisation cathodique 27
2.6.1 Principe de la pulvérisation
28
2.6.2 Pulvérisation DC (Direct Current)
32
2.6.3 Pulvérisation RF (Radio-fréquence)
34
2.6.4 Pulvérisation triode 35
2.6.5 Pulvérisation réactif
36
2.6.6 Croissance cristalline 37
2.7 Conclusion 39
ENIT 2009 19
Chapitre 2 : Téchniques de dépôt :
La pulvérisation cathodique
2.1 Introduction
Par principe une couche mince d'un matériau
donné est un élément de ce matériau dont l'une des
dimensions, qu'on appelle l'épaisseur, a été fortement
réduite de telle sorte qu'elle s'exprime en nanomètres et que
cette faible distance entre les deux surfaces limites (cette quasi
bidimensionnalité) entraîne une perturbation de la majorité
des propriétés physiques [e].
La différence essentielle entre le matériau
à l'état massif et à l'état de couches minces est
en effet liée au fait que dans l'état massif on néglige
généralement avec raison le rôle des limites dans les
propriétés, tandis que dans une couche mince ce sont au contraire
les effets liés aux surfaces limites qui sont
prépondérants. Il est assez évident que plus
l'épaisseur sera faible et plus cet effet de bidimensionnalité
sera exacerbé, et qu'inversement lorsque l'épaisseur d'une couche
mince dépassera un certain seuil l'effet d'épaisseur deviendra
minime et le matériau retrouvera les propriétés bien
connues du matériau massif.
La seconde caractéristique essentielle d'une couche
mince est que, quelle que soit la procédure employée pour sa
fabrication, une couche mince est toujours solidaire d'un support sur lequel
elle est construite (même si, après coup, il arrive parfois que
l'on sépare la couche mince dudit support). En conséquence il
sera impératif de tenir compte de ce fait majeur dans la conception,
à savoir que le support influence très fortement les
propriétés structurales de la couche qui y est
déposée. Ainsi une couche mince d'un même matériau,
de même épaisseur pourra avoir des propriétés
physiques sensiblement différentes selon qu'elle sera
déposée sur un substrat isolant amorphe tel le verre, ou un
substrat monocristallin de silicium par exemple.
Les principales méthodologies de fabrication
utilisées par les fabricants de composants électroniques actifs
ou passifs font appel à des procédures physiques de
dépôt du matériau sur un substrat initialement
dépourvu de dépôt. La couche mince va donc croître en
épaisseur à partir de zéro. Il est à noter que bien
que l'on dispose de procédés de décapage permettant
d'araser angström par angström un matériau, on n'utilise
pratiquement jamais ce moyen pour obtenir une couche mince d'épaisseur
donnée.
Dans ce chapitre nous décrivons d'abord diverses
méthodes utilisées pour la fabrication de couches minces sous
vide. Nous présentons essentiellement les méthodes de PVD. Nous
décrivons ensuite plus particulièrement le principe de la
pulvérisation cathodique en soulignant ses avantages. La première
partie présente un panorama non exhaustif des différentes
techniques de dépôt existantes les plus courantes. Celles-ci
peuvent être classées en deux catégories :
ENIT 2009 20
ENIT 2009 21
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