Couches minces d'oxydes spinelles et de nanocomposites spinelle-CuO à propriétés semi-conductrices destinées à la réalisation de capteurs de gaz

par Fahd Oudrhiri Hassani

Thèse de doctorat en Sciences et génie des matériaux

Sous la direction de Philippe Tailhades et de Lionel Presmanes.

Soutenue en 2009

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Ces travaux concernent l'élaboration de couches minces monophasées ou nanocomposites par pulvérisation cathodique radiofréquence en vue de leur utilisation comme matériau pour capteurs de gaz. Dans un premier temps nous avons étudié l'influence des conditions de dépôt sur la microstructure des films minces d'oxydes spinelles. La microscopie électronique, l'ellipsométrie et les mesures de surface par la méthode B. E. T ont notamment permis de caractériser finement la microstructure des couches et d'établir un modèle à l'échelle nanométrique qui décrit l'arrangement des grains et la microporosité. Nous avons pu ainsi observer un fort accroissement de la porosité dans les films élaborés avec des conditions de dépôt favorisant les collisions entre particules et, en conséquence, un fort effet d'ombrage entre les grains en croissance (forte pression d'argon et grande distance cible substrat). Dans un deuxième temps, la mise en œuvre de phénomènes de réduction in-situ au cours du procédé de dépôt par pulvérisation cathodique R. F. à partir d'une cible de delafossite CuFeO2 a permis l'élaboration de couches minces nanocomposites CuO/CuxFe3-xO4. Ce type de matériau original associant des oxydes de type "n" et "p" intimement mêlés semble prometteur pour la détection du CO2 et du CO. Nous avons cherché à optimiser la sensibilité de couches minces de 50 nm d'épaisseur, sur différents substrats. Une sensibilité maximale de 97% et 60% a pu être obtenue lors des tests sous CO et CO2, à 400 et 250°C, respectivement.

  • Titre traduit

    Semi-conductor spinel oxide and spinel-CuO nanocomposite thin film for gas sensors applications


  • Résumé

    This work involves the deposition of single-phase or nanocomposite thin film by RF sputtering for use as materials for gas sensors. As a first step, we studied the influence of deposition conditions on the microstructure of spinel oxides thin films. Electron microscopy, ellipsometry and surface area measurements by the B. E. T. Method made it possible to characterize the films microstructure and to establish a model which describes the arrangement of grains and the microporosity at the nanometer scale. We were able to observe a strong increase of the porosity in the films prepared with deposition conditions favouring collisions between particles and, accordingly, a strong shadowing effect between the grains (high argon pressure and long target-substrate distance). In the second step, the reduction phenomena during the deposition process by RF sputtering from a delafossite CuFeO2 target led to the deposition of nanocomposite CuO/CuxFe3-xO4 thin films. This type of original material combining intimately oxides of "n" and "p" type seems promising for the detection of CO and CO2. We sought to optimize the sensitivity of thin layers of 50 nm thickness on different substrates. A maximum sensitivity of 97% and 60% could be obtained when tested in CO and CO2 at 400 and 250°C, respectively.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (197 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 188-197

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2009TOU30091
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