Synthèse et caractérisation de couches minces de nitrure de carbone obtenues par CVD assistée par laser (LCVD)

par Aurelian Crunteanu-Stànescu

Thèse de doctorat en Sciences

Sous la direction de Marlène Charbonnier, Maurice Romand et de Iancu Iova.

Soutenue en 2001

à l'Université de Bucarest en cotutelle avec l'Universitatea Bucuresti .

Le jury était composé de Marlène Charbonnier, Maurice Romand, Iancu Iova.


  • Résumé

    Les composés de nitrure de carbone forment une classe de matériaux intéressants tant du point de vue recherche fondamentale que de celui de leur éventuel potentiel dans des applications industrielles. Les expériences présentées dans cette thèse ont eu comme principal objet de synthétiser des couches minces de nitrure de carbone type CNx par la méthode LCVD. Les première s expériences ont été consacrées à l'étude de l'influence des paramètres expérimentaux sur la nucléation et la croissance des couches minces de nitrure de carbone en irradiant des mélanges contenant éthylène/protoxyde d'azote/ammoniac avec un laser à CO2 ([lambda]= 10,6 micromètres) en onde continue opérant à moyenne puissance (40-100 W), en géométrie d'irradiation perpendiculaire au substrat et en atmosphère statique ou dynamique. Le fonctionnement en mode dynamique associé à une énergie un peu plus élevée (10 à 11 % au maximum) et semble dépendre fortement de la nature du substrat. Que les dépôts soient réalisés avec un laser CO2 ou KfR*, ils conduisent toujours à des films de carbone amorphe avec des inclusions de microdomaines polycristallins de CNx. Dans ce même contexte, on a réalisé des expériences en utilisant comme source le laser excimère ArF* ([lambda]= 193 micromètres) ainsi qu'un mélange gazeux qui absorbe bien cette radiation, à savoir un mélange d'acétylène (C2H2) et d'ammoniac (NH3). L'analyse XPS des films obtenus a montré que l'azote est incorporé dans les films à des teneurs relativement importantes ( ̃29 at. %) pour des concentrations molaires d'ammoniac faibles dans les mélanges précurseurs. Les résultats ERDA ont montré la présence d'une grande quantité d'hydrogène dans les films (jusqu'à 50 at. % dans certains cas). La morphologie des films CNx obtenus est fortement influencée par la concentration des précurseurs en passant de lisse à granulaire puis poreuse quand la concentration en HN3 dans les mélanges gazeux diminue. Malgré l'impasse actuelle des recherches sur la synthèse de nitrure de carbone, le système C-N reste toujours intéressant pour les investigations futures, au moins en ce qui concerne ses combinaisons avec d'autres éléments, par exemple B ou Si (systèmes B-C-N ou Si-C-N). Des structures de type SixCyNz ont été étudiées intensivement au cours de ces dernières années compte tenu de leurs propriétés mécaniques remarquables et de leurs applications potentielles en microélectronique et optoélectronique. Compte tenu de ces faits, nous avons mis en œuvre des recherches préliminaires sur la synthèse et la caractérisation de films SiCxNy obtenus par la méthode LCVD (irradiation laser excimère ArF* de mélanges NH3/HDMS) et de structures de type nanotubes de carbone synthétisés par la même méthode mais en utilisant un laser à CO2 et des mélanges C2H2/Fe(CO)5+C2H4. Les résultats de nos travaux concernant la synthèse des couches minces CNx montrent qu'il est difficile d'élaborer des couches minces ultra-dures de type C3N4 en utilisant la méthode LCVD. Ceci résulte d'une part des particularités de la méthode utilisée (faibles énergies impliquées dans le processus de photolyse laser, incorporation dans les films d'autres atomes comme l'hydrogène ou l'oxygène) et d'autre part des difficulté liées à la synthèse de ce composé (formation au cours du processus d'espèces très volatiles, érosion des films pendant la synthèse, difficultés d'amener tous les atomes de C dans l'état hybridé sp3 etc. ). La route visant à synthétiser des matériaux durs et ultra-durs doit plutôt s'orienter vers des structures multi-élémentaires, de type Si-C-N, B-C-N ou Si-B-C-N.


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Informations

  • Détails : 1 vol. (vii-197 p.)
  • Annexes : Bibliogr. pagination multiple [19] p.

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  • Bibliothèque : Université Claude Bernard (Villeurbanne, Rhône). Service commun de la documentation. BU Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T 50/210/2001/119 BIS
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