Influence du désordre sur les propriétés opto-électroniques de films minces de cyclohexane déposés par polymérisation plasma

Effect of disorder on the optoelectronic properties of thin films of cyclohexane deposited by plasma polymerisation

• Auteur / Autrice : Chadlia Manaa
• Direction : Mohammed Benlahsen, Mohamed Mejatty
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de la matière condensée
• Date : Soutenance le 20/01/2015
• Etablissement(s) : Amiens en cotutelle avec Université de Tunis El-Manar. Faculté des Sciences de Tunis (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique de la matière condensée (Amiens)
• Jury : Président / Présidente : Habib Houichet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohammed Benlahsen, Mohamed Mejatty, Habib Houichet, Hafedh Ben Ouada, Mohamed-Abdou Djouadi, Guy Louarn
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hafedh Ben Ouada, Mohamed-Abdou Djouadi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radiofréquences

Ordre et désordre (physique)

Dépôt chimique en phase vapeur activé par plasma

Cyclohexane

Polymérisation

Couches minces

Mots clés libres

Plasma

PECVD

Cyclohexane

Couche mince

Résumé

Dans ce travail avons mis en évidence l’influence de la puissance radio-fréquence (RF) sur les différentes propriétés microstructurales, optiques, électriques, paramagnétiques ainsi que la morphologie des films minces polymérisés par PECVD capacitive, en utilisant la vapeur du cyclohexane comme précurseur.A faible puissance RF les surfaces de nos films sont poreuses et fortement hydrogénées. Elles possèdent un caractère hydrophile. L’augmentation de la puissance RF (à partir de 120 W) engendre une microstructure moins hydrogénée des couches et favorise les réarrangements atomiques entre les atomes de carbone et notamment, la formation de liaisons de type C=C (C-sp²). Dans cette gamme de puissance nous avons réussi à augmenter le caractère conducteur de nos films polymérisés. Ces résultats sont en bon accord avec les mesures optiques qui montrent qu'à forte puissance RF les films obtenus sont plus durs (augmentation de n avec la puissance) et leur gap optique est de plus en plus faible. Cette diminution du gap optique a été interprétée en termes de distorsions, de graphitisation et de réorganisation des sites C-sp2 pour former des amas plus grands et mieux organisés. Il apparaît, en combinant ces mesures avec celles obtenues sur la microstructure (Raman et Infrarouge), que l’augmentation de la conductivité électrique et la diminution du gap optique correspondent à une augmentation du nombre des doubles liaisons C=C, c’est-à-dire, une « graphitisation » du film favorisant ainsi le caractère conducteur.Néanmoins, la conductivité électrique reste faible, ce qui est expliqué par les mesures de résonance paramagnétique électronique (RPE), qui montrent qu’il existe des défauts au sein des sites C-sp2 et que la densité de spins augmente avec la puissance RF, indiquant que la densité de défauts augmente dans les films minces déposés à forte puissance RF. De plus le rétrécissement des raies RPE lorsque la puissance RF augmente, indique la diminution de l’interaction d’échange entre les spins suite à leur délocalisation dans les structures des liaisons .

In this work we have shown the influence of the radio frequency (RF) power on the microstructural, optical, electrical, electronic and morphological properties of thin films polymerized by capacitive PECVD using cyclohexane as precursor gas.At low RF power, the surfaces of our films are porous and highly hydrogenated. They have a hydrophilic character. The increase in the RF power (above 120 W) generates less hydrogenated microstructure and promotes atomic rearrangements between the carbon atoms, including the formation of C = C (C-sp²) bonds. In this RF power range we observed an increase of the conductor character of our polymerized films. These results are in good agreement with optical measurements, show that high RF power induces harder deposited films (increase of n with RF power) and a decrease in the optical gap. This decrease in the optical gap was interpreted in terms of distortions, graphitization and reorganization of the C-sp2 sites, which form larger and better organized clusters. It appears, by combining these measurements with those obtained on the microstructure (Raman and FTIR), that the increase in the electrical conductivity and the decrease of the optical gap is associated with the increase in the number of C = C double bonds, that is to say a "graphitization" of the film, promoting the conductive nature.However, the electrical conductivity values are still a little low, which is explained by the electron paramagnetic resonance (EPR) measurements, which showed the presence of defects within the C-sp2 sites, and that the spin density increases with RF power, suggesting an increase in the defect density in the thin films deposited at high RF power. Furthermore, the narrowing of the EPR lines when the RF power increases indicates a decrease in the exchange interaction between spins as a result of delocalization phenomena in the  bond structures.