Films polymères organosiliciés multifonctionnels déposés et modifiés dans un réacteur duplex en post décharge d'un plasma micro-onde

par Sami Abou Rich

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux

Sous la direction de Philippe Supiot et de Céline Vivien.

Soutenue le 10-12-2008

à Lille 1 .


  • Résumé

    Les polymères organosiliciés déposés à partir de la décomposition du monomère TMDSO dans une post-décharge d'un plasma d'azote présentent des propriétés attrayantes pour des applications demandant des vitesses de dépôts élevées. Ces polymères, ayant une structure siloxane, ont été étudiés pour différentes conditions de débits de gaz TMDSO/O2 (Monomère/gaz de transport), de puissances transmises, et pour des épaisseurs allant de dizaines de nm à 30 µm à l'aide de différentes techniques d'analyse (Réflectométrie, IRTF, XPS, Ellispométrie, MFA, ... ) Un mécanisme de polymérisation a été proposé en se basant sur l'étude des vibrations des liaisons Si-O-X (X=O, C) et Si-H détectées par spectroscopie infrarouge. Nous avons pu en effet constater les variations de l'abondance relative des formes des types «cage» et «linéaire» dans le polymère. La visualisation du cône de réaction a permis, au travers d'une analyse du transport des gaz, de dégager des éléments de compréhension sur la décomposition du monomère. Cette étude suggère un mécanisme de polymérisation alternatif associant la formation des radicaux peroxydes par action de O2 et celle des atomes d'azote fortement présents dans la post-décharge. La transformation réalisée dans le même réacteur afin d'obtenir une couche moins rugueuse en milieu oxydant (post-décharge N2/O2) modifie bien le matériau en le rendant plus réticulé avec formation d'une couche de silice vitreuse à la surface. Un modèle simple de détermination de l'épaisseur de cette couche, fondé sur la spectroscopie infrarouge, a été proposé en intégrant l'épaisseur initiale du film, le temps de traitement et un élément nouveau, la contraction globale du film.

  • Titre traduit

    Multifunctionnal organosilicon polymer films deposited and modified in a duplex reactor in the afterglow of a microwave plasma


  • Résumé

    Organosilicon polymers deposited from the decomposition of the TMDSO monomer in a nitrogen plasma afterglow show attractive properties for applications needing high growth rates. These polymers, having a siloxane structure, were deposited and studied under various conditions of gas flows TMDSO/O2 (Monomer/vector gaz), power, and for thicknesses ranging from tens nm to 30 µm by means of various technics of analysis (Reflectometry, FTIR, XPS, Ellispometry, AFM, TEM). A mechanism of polymerization based on the study of the vibrations of the bonds Si-O-X (X=O, C) and Si-H detected by infrared spectroscopy was proposed. We were indeed able to make evidence the variations of the relative abundance of the forms of type "ring" and "linear" in the polymer. The Si-H bond was shown to be sensitive to these changes of environment. Imaging on the reaction cone allowed, by analysis of the gaz transport, to provide sorne further elements of understanding about the decomposition of the monomer. This study suggests an additional mechanism associating the formation of the radicals peroxides produced by direct reactions involving both the molecular oxygen and nitrogen atoms which are strongly present in such a post-discharge. The transformation realized within the same reactor, in order to reduce roughness layer, in oxidizing environment (postdischarge N2/O2) modifies effectively the material by re-enforcement of the crosslinking with formation of a supercial silica-like layer. A simple model for prediction of the thickness of this layer, based on the infrared spectroscopy, was proposed on the basis of the initial thickness of the film, the time of treatrnent and a new element, the global contraction of the film.


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Informations

  • Détails : 1 vol.(222-[6] p.)
  • Annexes : Bibliogr. à la fin de chaque chapitre. 237 réf.

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  • Bibliothèque : Université des sciences et technologies de Lille (Villeneuve d'Ascq, Nord). Service commun de la documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 50376-2008-301
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