Corrélation entre les propriétés microstructurales et mécaniques de couches minces W-C obtenues par pulvérisation cathodique RF en mode réactif

par Karima Abdelouahdi

Thèse de doctorat en Physique des matériaux

Sous la direction de Philippe Houdy.

Soutenue en 2006

à Evry-Val d'Essonne .


  • Résumé

    Les travaux de cette thèse ont été consacrés à la croissance des couches minces de carbures de tungstène et de multicouches W/W-C par pulvérisation cathodique RF en mode réactif. Les conditions de dépôt ( pourcentage de gaz réactif, polarisation négative du substrat et la tension d’autopolarisation) ont une influence directe sur la nature et la texture des phases cristallines (WC1-x, W2C, WC1-x/a-C et a-C:H). Dans des conditions optimales de croissance (2mTorr, -400V, 150°C), nous avons pu élaborer une couche monophasée W1C1-x avec une composition W1C0. 9 très proche de la stoechiométrie recherchée. Ce film présente la dureté la plus élevée égale à 22 GPa. Dans les couches biphasées, la dureté suit une loi de mélange entre la dureté de la phase W1C1-x et la deuxième phase (soit la phase W2C ou la phase amorphe a-C). Dans la dernière partie du manuscrit nous avons montré la faisabilité d’élaborer des multicouches W/W-C avec une période aussi faible que 2,5 nm présentant une modulation de la composition. Le faible désaccord paramétrique entre les plans (110) du tungstène et les plans (100) de la phase W2C a favorisé l’apparition de cette dernière et son orientation selon la direction [100]. Le durcissement observé à faibles périodes (26 GPa à  = 2. 5nm) est nettement supérieur à la loi de mélange (19. 5 GPa). Il est principalement dû à un blocage des dislocations aux interfaces selon le modèle Hall-Petch.


  • Résumé

    Nanocrystallized W-C films have been produced by reactive RF sputtering, using a tungsten target and a methane gas. According to the growth conditions (patial pressure of reactive gas, substrate and target bias voltage) different phases have been observed : WC1-x, W2C, WC1-x/a-C phases and a-C:H phase. The film presenting a pure WC1-x phase with a composition close to W1C0. 9 has the maximum hardness (22 GPa). In the same conditions of the later film, W/W-C multilayers with periods  ranging from 2. 5 to 100 nm have been synthesized. The presence of the W preferentially oriented (110) in the tungsten layer, favorate the presence of W2C preferentially oriented (100) at the interface between W and W-C layer. A hardness enhancement is obtained for the very thin periods (26 GPa at =2. 5nm). This behavior can be explained by the Hall-Petch mechanism. Then for WC system a very precise control of the composition (i. E of the deposition parameters) is necessary to obtain hard coatings.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (195 p)
  • Annexes : Notes bibliogr. en fin de chaque chapitre

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