Atomic layer deposition of boron nitride

par Wenjun Hao

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Arnaud Brioude et de Catherine Marichy.

Soutenue le 20-12-2017

à Lyon , dans le cadre de École Doctorale de Chimie (Lyon) , en partenariat avec Université Claude Bernard (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire des Multimatériaux et Interfaces (1995-....) (laboratoire) .

Le président du jury était Elsje Alessandra Quadrelli.

Le jury était composé de Jean-Pierre Simonato.

Les rapporteurs étaient Samuel Bernard, Elisabeth Blanquet.

  • Titre traduit

    Dépôt de couches atomiques de nitrure de bore


  • Résumé

    Cette thèse conclut 3 années d'études doctorales sur le "dépôt de couches atomiques (ALD) de nitrure de bore (BN)". Le but de ce travail a été d'adapter la voie des céramiques dérivées de polymères (PDC) à la technique ALD pour la croissance de films minces de h-BN et l'élaboration de nanostructures fonctionnelles. Tout d'abord, un nouveau procédé d'ALD sans ammoniac en deux étapes, comprenant une croissance par ALD à basse température (80 °C) de polyborazine (PBN) à partir de 2,4,6-trichloroborazine et d'hexaméthyldisilazane suivi un traitement thermique à haute température sous atmosphère contrôlée a été développé. Ainsi, des films minces uniformes et homogènes de BN ont pu être déposés sur divers substrats. Le caractère autolimité des réactions mises en jeu ainsi que l'homogénéité des films sur des supports très structurés ont été vérifiés. De ce fait des nanostructures fonctionnelles BN ont été réalisées à partir de substrats ou de templates de dimensionnalité variée. Leurs applications en tant que revêtements protecteurs et comme filtres et éponges absorbantes pour purifier les eaux polluées par des hydrocarbures ont en particulier été étudiées. Enfin, un deuxième procédé ALD basse température (85-150°C) utilisant le tri(isopropylamino)borane et la méthylamine comme précurseurs a été préalablement étudié afin de confirmer l'adaptabilité de la voie PDC et la technique ALD. Des films minces de BN ont été obtenus sur des substrats plans et il a été prouvé que les vapeurs de tri(isopropylamino)borane peuvent infiltrer des fibres de polyacrylonitrile électrofilées.Ce travail a été entièrement réalisé à l'Université de Lyon et a reçu le soutien financier du China Scholarship Council (CSC) pour la bourse de doctorat ainsi que de l'Agence Nationale de la Recherche (projet n° ANR-16-CE08-0021-01)


  • Résumé

    This thesis achieves 3 years of PhD studies on “Atomic layer deposition (ALD) of boron nitride (BN)”. The aim of this PhD work is to adapt the polymer derived ceramics (PDCs) route to the ALD technique for h-BN thin film growth and elaboration of functional nanostructures. A novel two-step ammonia-free ALD process, which includes ALD deposition of polyborazine at low temperature (80 °C) from 2,4,6-trichloroborazine and hexamethyldisilazane followed by post heat treatment under controlled atmosphere, has been established. Conformal and homogeneous BN thin films have been deposited onto various substrates. The self-limitation of the reactions on flat substrates and the conformality of the films on structured substrates have been verified. Functional BN nanostructures have thus been fabricated using substrates or templates with different dimensionalities. In particular, their applications as protective coatings as well as filter and absorber to purify polluted water from organic/oil hav e been investigated. Finally, a second low temperature (85-150 °C) ALD process using tri(isopropylamine)borane and methylamine as precursors has preliminary been studied in order to confirm the adaptability of PDCs route to ALD technique. BN thin films have been grown onto flat substrate and it has been proven that tri(isopropylamino)borane vapor can infiltrate into electrospun polyacrylonitrile fibers.This work was carried out at University of Lyon and financially supported by the National Research Agency (project n° ANR-16-CE08-0021-01)


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