Pulvérisation co-GLAD de films minces métalliques nano-structurés à base tungstène

Co-GLAD sputtering of tungsten-based nanostructured metallic thin films

• Auteur / Autrice : Houssem Boukhalfa
• Direction : Valérie Potin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie - Physique
• Date : Soutenance le 21/10/2022
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Carnot-Pasteur (Besançon ; Dijon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB) (Dijon)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Bourgogne (1970-....)
• Jury : Président / Présidente : David Horwat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Martin, Angélique Bousquet, Bruno Domenichini, Jean-Baptiste Sanchez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne-Lise Thomann, Fabien Paumier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mesures électriques

Pulvérisation cathodique

Tungstène

Mots clés libres

Co-GLAD

Pulvérisation cathodique

Films minces

Mesures électriques

Structure Janus

Co-GLAD

Sputtering

Thin films

Electrical response

Janus structure

Résumé

Une étude structurale et électrique de films minces métalliques à base tungstène et préparés par co-pulvérisation GLAD est l’objet de cette thèse. Pour cela, trois systèmes différents (W-W, W-Ag et W-Mo) ont été élaborés en utilisant deux cibles métalliques opposées (angle d’inclinaison α = 80° avec le substrat). Outre le choix du second élément métallique, différents paramètres entrant en jeu dans la croissance de ces films minces ont subi une variation (pression de travail, épaisseur et courant de la seconde cible) afin de comprendre leur influence sur les comportements structuraux et électriques de ces films. Les trois systèmes présentent une structure colonnaire et poreuse. La morphologie de ces films (en particulier l’inclinaison des colonnes) et leur structure cristallographique dépendent fortement des paramètres expérimentaux ainsi que de la nature du second élément associé au W. L’évolution structurale et cristallographique de ces films influence leurs propriétés électriques. Des calculs du degré de thermalisation effectués pour W et Mo ont permis de vérifier que les valeurs de pression choisies correspondent à des régimes balistique ou thermalisé et de mieux comprendre les différentes propriétés structurales et électriques obtenues pour chaque régime. Enfin, une structure Janus (colonnaire ou en damier) a été produite dans le cas du système W-Mo et pas pour W-Ag indiquant que le caractère immiscible entre les deux métaux n’est pas indispensable.

A structural and electrical study of tungsten-based metal thin films prepared by co-sputtering GLAD is the subject of this thesis. For this purpose, three different systems (W-W, W-Ag and W-Mo) have been developed using two opposite metallic targets (tilt angle α = 80° with the substrate). In addition to the choice of the second metallic element, different parameters involved in the growth of these films have undergone a variation (working pressure, thickness and second target current) to understand their influence on structural and electrical behaviors of these films. All three systems present a columnar and porous structure. The morphology of these films (especially the inclination of the columns) and their crystallographic structure strongly depend on the experimental parameters as well as on the nature of the second element associated with W. The structural and crystallographic evolution of these films influences their electrical properties. Calculations of the thermalization degree carried out for W and Mo have allowed to verify that the selected pressure values correspond to ballistic or thermalized regimes and to better understand the different structural and electrical properties obtained for each regime. Finally, a Janus structure (columnar or checkerboard) has been produced for the W-Mo system and not for W-Ag indicating that the immiscibility between the two metals is not essential.