I.4.2.4. Spray ultrasonique :
I.4.2.4.1. Principe général du
procédé spray:
Une solution de différents composés
réactifs est vaporisée puis projetée, à l'aide d'un
atomiseur, sur un substrat chauffé. La température du substrat
permet l'activation de la réaction chimique entre les composés
[37]. L'expérience peut être réalisée à l'air
[38], et peut être préparée dans une enceinte (ou bien dans
une chambre de réaction) sous un vide, environ, de 50 Torr
[39].
La description de la formation des films par la méthode
Spray pyrolyse peut être résumée comme suit:
(1) Formation des gouttelettes à la sortie du bec.
(2) Décomposition de la solution des précurseurs
sur la surface du substrat chauffé par réaction de pyrolyse.
a- Solutions de départ (source):
La composition de la solution finale est
déterminée par les corps ou les réactifs dissous dans le
dissolvant (solution de départ) selon le rapport stoechiométrique
prédéterminé. Comme précurseurs, on emploi des
matériaux, habituellement peu coûteux, tels que les nitrates, les
chlorures et les acétates qui sont rangés dans la
catégorie des réactives [40].
L'eau distillée ou l'alcool est souvent employé
comme dissolvant.Dans la solution de base il est nécessaire
d'éliminer les problèmes de solubilité et de
ségrégation de phase, où les
différents composants se précipitent à
des temps différents. Pour pallier à cela et obtenir des
solutions homogènes, nous préconisons d'ajouter, pendant la
préparation, une petite quantité d'acide (par exemple, nitrique)
[41-42]. La concentration globale de la solution peut être variée
de 0.01 à quelque mole /litre. Notons que ce
paramètre a pour effet de changer la taille moyenne des particules
fluides éjectées [40].
D'après la littérature, quelques techniques
incluent le préchauffage de la solution.
Ce préchauffage peut, quelque fois, être utile et
favorise ou accélère la réaction sur le substrat. Ceci
permet d'accroître la vitesse de dépôt et d'améliorer
la qualité des films résultants [39].
b-Génération des gouttelettes
(transport):
L'homogénéité du matériau
déposé peut être déterminée à partir
de la taille des gouttelettes pulvérisées et de la concentration
de la solution tandis que sa morphologie peut être également
déterminée par la concentration et la vitesse des gouttelettes
produite par les atomiseurs [37-40].
Concernant l'atomiseur, dispositif de la production des
gouttelettes et leurs dispersion dans l'air, plusieurs méthodes
d'atomisation ont été employées dans les études de
spray pyrolyse, par exemples : pneumatique (l'air est le gaz vecteur) [21,27],
ultrasonique [42], par gravitation [39], etc.
Dans le dispositif de dépôt, la solution de base
peut être véhiculée jusqu'au substrat sous l'effet de la
compression d'un gaz. La conduite de gaz a deux avantages, d'une part,
l'écoulement peut être commandé avec beaucoup de
sensibilité et d'autre part, les gazutilisés peuvent,
également, être employés en tant qu'éléments
réactifs entrant dans la composition du matériau à
déposer, tel que O2 pour ZnO. Cependant, pour la plupart des
semi-conducteurs composés, de l'azote N2 ou un gaz inerte est
employé pour éviter les réactions chimiques, entre les
matériaux composés et /ou le dissolvant, qui mèneraient
à l'addition des impuretés. Dans certains cas, afin
d'empêcher l'oxydation des matériaux, un mélange binaire de
N2 et H2 est employé en tant que gaz porteur [41].
C- Réaction chimique sur le substrat
(dépôt) :
Quand les gouttelettes d'aérosol s'approchent de la
surface du substrat chauffé (200- 600°C), dans les
conditions expérimentales appropriées, la vapeur formée
autour de la gouttelette empêche le contact direct entre la phase liquide
et la surface du substrat. Cette évaporation des gouttelettes permet un
renouvellement continu de la vapeur, donc les gouttelettes subissent la
décomposition thermique et donnent la formation de films fortement
adhérents [43].
On note que la réaction de décomposition, en
phase gazeuse, se produisant sur la surface du substrat est une réaction
endothermique qui exige des températures de substrat relativement
élevées pour provoquer décomposition des gouttelettes, et
donnent la croissance de la couche.
| 
