Dépôts par ablation laser pulsé d’oxydes de type pérovskite sur des substrats bas coûts et étude de leurs propriétés macroscopiques et microscopiques

Growth of perovskite oxides on low-cost substrates by pulsed laser deposition and the characterization of their macroscopic and microscopic properties

• Auteur / Autrice : Marie El Rami
• Direction : Antoine Ruyter, Arnaud Fouchet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 28/11/2023
• 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 : Laboratoire de cristallographie et sciences des matériaux (Caen ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement co-accrédité : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Valérie Demange
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrycja Paruch, Nathalie Lemée, Jérôme Wolfman, Ulrike Anne Lüders
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Patrycja Paruch, Nathalie Lemée

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie en champ proche

Magnétisme

Microstructure (physique)

Analyse EBSD

Dépôt par laser pulsé

Pérovskite

Couches minces

Mots clés libres

Oxydes fonctionnels

Propriétés électroniques

PLD

EBSD

SPM

Electronic properties

Magnetism

Thin films

Functional oxides

Résumé

Différents oxydes de pérovskite ont été déposés par dépôt laser pulsé sur des substrats « bas-coût» selon deux approches différentes. La première approche consiste à utiliser des nanofeuillets (NS) de [Ca2Nb3O10]- comme sites de germination pour l'intégration de vanadates sur des substrats en verre amorphe. Notamment, une texture globale des films, favorisée par les NS, a été révélée. L'impact de l'épaisseur des films sur leurs propriétés macroscopiques de transport électrique a été étudié à l'aide de mesures de transport DC et d'ellipsométrie spectroscopique. De plus, la microscopie à force atomique couplée à la mesure électrique locale donne des informations sur une croissance couche par couche du SrVO3 (SVO) sur NS, une croissance 3D sur la partie non recouverte avec NS, et un début de cristallisation de SVO sur verre favorisé par l'épaisseur. D'autre part, les propriétés optiques révèlent une amélioration de la transparence lorsque l'épaisseur diminue. Ces résultats permettent de comprendre le processus de croissance et l'intégration d'oxydes fonctionnels sur NS, ouvrant de nouvelles perspectives pour ajuster les propriétés des films de vanadate en tant qu'électrodes transparentes. La deuxième approche est l'épitaxie combinatoire du substrat (CSE), où un substrat polycristallin de SrTiO3 a été synthétisé et caractérisé à l'aide de techniques macroscopiques et locales. Des propriétés magnétiques macroscopiques similaires du film polycristallin de La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) ont été mises en évidence par rapport au substrat monocristallin. Néanmoins, les propriétés magnétiques submicroniques de LSMO étudiées par microscopie à force magnétique et magnétométrie Kerr ont révélé une réponse magnétique distincte dépendant de l'orientation des grains, non présente dans le cas du substrat monocristallin de STO. Cette approche ouvre de nouvelles perspectives pour établir une bibliothèque de relations entre l'orientation et les propriétés fonctionnelles dans les films minces de pérovskites.

Different perovskite oxides were grown by pulsed laser deposition on “low-cost” substrates through two different approaches. The first approach involves the use of [Ca2Nb3O10]- nanosheets (NS) as seed layer for the integration of vanadates on amorphous glass substrates. Notably, a global out-of-plane texture of the films, promoted by NS was revealed. The impact of the films thickness on their macroscopic electric-transport properties was investigated using DC transport and spectroscopic ellipsometry measurements. Furthermore, atomic force microscopy coupled to scanning spreading resistance microscopy gives insights to a layer-by-layer growth of SrVO3 (SVO) on NS, a 3D growth on uncovered part with NS, and an onset of crystallization of SVO on glass promoted by thickness. On the other hand, the examined optical properties reveal a transparency improvement when the thickness decreases. These eminent results allow to understand the growth process and the integration of functional oxides on NS, opening up new perspectives to tune the properties of vanadate films as transparent electrodes. The second approach is the combinatorial substrate epitaxy, where a polycrystalline SrTiO3 substrate was synthesized and characterized using macroscopic and local techniques. Similar macroscopic magnetic properties of polycrystalline La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) film were evidenced compared to single crystal substrate. Nevertheless, the submicronic LSMO magnetic properties investigated by magnetic force microscopy and Kerr magnetometry, revealed distinct magnetic response dependent on the grain orientation not observed in the case of single crystal STO substrate. This approach opens new perspectives to establish a library of orientation-functional property relationships in perovskites thin films.