Développement d'oxydes transparents conducteurs de nouvelle génération par ALD

Development of new generation transparent conductive oxides by ALD

• Auteur / Autrice : Aline Jolivet
• Direction : Christophe Labbé, Julien Cardin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, microelectronique, optique et lasers, optoelectronique microondes
• Date : Soutenance le 06/06/2023
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche sur les ions, les matériaux et la photonique (Caen ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Elisabeth Blanquet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yves Dumont, Nathanaëlle Schneider, Aude L. Lereu, Ulrike Anne Lüders
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yves Dumont, Nathanaëlle Schneider

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ellipsométrie

Couches minces

Atomic Layer Deposition

Mots clés libres

ALD

Oxyde transparent conducteur

Thin films

Transparent conductive oxide

Résumé

Cette étude porte sur le dépôt par ALD du nouvel oxyde transparent conducteur SrVO3 (SVO) sur substrats en silicium ou en verre avec ou sans couche tampon de TiO2. Tout d’abord, le dépôt par ALD de la couche tampon de TiO2 a été étudié. Ce dernier est déposé sous forme d’anatase à partir de 250°C et présente un mécanisme de croissance spécifique, et des propriétés optiques et électriques caractéristiques de ce matériau. Dans un second temps, de l’oxyde de vanadium a été déposé, comme étape préliminaire à l’obtention du SVO. Après recuit à 500°C sous atmosphère réductrice, les films d’oxyde de vanadium sont cristallisés en un mélange de phases VO2 et V2O5 et/ou V6O13. Ce mélange présente la transition métal isolant (IMT) du VO2 autour de 68°C, qui est étudiée en température par diverses analyses structurales (XPS, Raman), électriques (résistivité) et optiques (FTIR, ellipsométrie), révélant une très forte diminution de la transmission dans l’infrarouge (63%) à cette IMT. Enfin, après élaboration d’un protocole pour déposer par ALD l'oxyde ternaire SVO, le système strontium-vanadium-oxygène a été investigué selon les paramètres de dépôts. Les phases Sr3V2O8 et Sr2VO4 ont été finalement obtenues après recuit à 500°C sous atmosphère réductrice, leurs caractéristiques optiques ont été mesurées par ellipsométrie, ainsi que leur énergie de bande interdite.

This study focuses on the atomic layer deposition (ALD) of the novel transparent conductive oxide SrVO3 (SVO) onto silicon and glass substrates with or without a TiO2 buffer layer. First, the deposition by ALD of the TiO2 buffer layer was investigated. The latter is deposited in anatase phase from 250°C and has a specific growth mechanism as well as optical and electrical properties characteristic of this material. Next, vanadium oxide was deposited as a preliminary step to obtain SVO. After annealing at 500°C under reducing atmosphere, the vanadium oxide films were crystallized into a mixture of VO2 and V2O5 and/or V6O13 phases. This mixture shows the insulating metal transition (IMT) of VO2 around 68°C, which is studied in temperature by various structural (XPS, Raman), electrical (resistivity) and optical (FTIR, ellipsometry) analyses, revealing a very strong decrease of the transmission in the infrared (63%) at this IMT. Finally, after the elaboration of a protocol to deposit by ALD the ternary oxide SVO, the strontium-vanadium-oxygen system was investigated according to the deposition parameters. The Sr3V2O8 and Sr2VO4 phases were obtained after annealing at 500°C under reducing atmosphere, and their optical properties were measured by ellipsometry, as well as their band gap.