Thèse soutenue

Séparation de phase dans les couches minces de verre pour la nanostructuration de surface

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Auteur / Autrice : Barbara Bouteille
Direction : Emmanuelle Gouillart
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Science des matériaux
Date : Soutenance le 03/11/2020
Etablissement(s) : Sorbonne université
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Surface du Verre et Interfaces (Aubervilliers, Seine-Saint-Denis) - Physique et mécanique des milieux hétérogènes (Paris ; 1997-....)
Jury : Président / Présidente : Geoffroy Prévot
Examinateurs / Examinatrices : Yves Bréchet, Patrick Guenoun, Sophie Pugnet Schuller, Damien Vandembroucq
Rapporteurs / Rapporteuses : Wilfried Blanc, Annie Pradel

Mots clés

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Résumé

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L'objectif de ces travaux est d'obtenir des nanostrcutures de tailles contrôlées en partant d'une couche de verre plane d'environ 100~nm, déposée par pulvérisation cathodique magnétron, ce grâce au phénomène de séparation de phase. Le système modèle utilisé est un borosilicate de baryum dont le ternaire possède une lacune d'immiscibilité large. Après démixtion, la phase riche en baryum possède d'une part un très bon contraste électronique pour des études MEB et d'autre part elle peut être dissoute préférentiellement afin de révéler des nanostrcutures. Trois types de morphologies ont pu être obtenues en maîtrisant la composition des couches minces : des trous, des plots ou une rugosité interconnectée. Le traitement d'images MEB et AFM permet de suivre quantitativement des grandeurs caractéristiques (tailles des objets et corrélations latérales). Ainsi la cinétique de mûrissement en milieu ultra-confiné est étudiée à la fois pour la nucléation-croissance et la décomposition spinodale. En particulier pour une assemblée de gouttes uniques dans l'épaisseur, le confinement ralenti la diffusion. Une loi de puissance plus lente que les modèles classiques est observée expérimentalement et numériquement. Pour un réseau 2D de filaments interconnectés, le mûrissement hydrodynamique est rapidement interrompu par fragmentation et déstabilise la surface engendrant directement une rugosité.