Interfaces enfouies
Photographie Université de Limoges – CarMaLim
Contexte et problématiques
Les interfaces enfouies concernent un nombre considérable de matériaux, de champs thématiques et d’applications :
- la corrosion et les processus électrochimiques
- la croissance de films ou d’empilements de couches (applications en micro ou nano-électronique, industrie du verre, photovoltaïque, batteries…)
- les traitements de surface industriels
- les processus d’adhésion
- l’élaboration de composites.
L’accès aux interfaces constitue donc un sujet complexe, transverse et interdisciplinaire.
Objectifs
La diversité des systèmes a pour conséquence la diversité des méthodes d’investigation. Quatre voies principales apparaissent :
1) L’abrasion ionique permet de réaliser des analyses par profilage.
2) La réalisation de coupes transverses permet ensuite d’analyser l’interface par la tranche.
3) La photoémission à haute énergie (HaXPES) conduit à l’obtention d’une sensibilité en profondeur supérieure à quelques dizaines de nm.
La photoémission en énergie variable et/ou en angle d’émission variable peut venir en complément de cette procédure.
Les épaisseurs analysées sont modulées donc l’interface est plus précisément “imagée”.
Atténuation de l’intensité du signal photoélectronique en fonction de la profondeur enterrée pour différente sources excitatrices (Mg, Al, Ag (Lα), Cr, Ga)
4) Des analyses in-situ aux différents stades de la formation de l’interface permettent sa caractérisation.
Le travail de l’atelier interfaces enfouies prend deux directions principales :
– La sélection de deux systèmes constitués d’interface(s) enfouie(s) modèles. Les diverses approches seront testées afin d’en comparer les capacités et d’en révéler les limites.
– L’étude conjointe de problématiques complexes et appliquées. L’analyse se heurte actuellement à un blocage scientifique. Plusieurs laboratoires s’associent à cette étude.
Interfaces modèles
- Interfaces planes : empilements de couches d’Al2O3 et de HfO2 élaborées et calibrées par ALD “Atomic Layer Deposition”.
Du fait de la charge d’espace lors de mesure par photoémission à haute énergie, la problématique de l’élargissement et du décalage en énergie des signaux est abordée expérimentalement en intervertissant l’ordre des empilements. - Interfaces non planes : nanoparticules cœur/coquille (Au@SiO2 et SiO2@Au) dont l’épaisseur de la coquille et la taille du cœur seront calibrées. Elles varient dans une large gamme.
Problématiques appliquées
- Empilement pour la microélectronique : problématique de l’état chimique d’une couche enterrée de La ou de Al, de quelques dixièmes de nanomètre au sein d’un stack de plusieurs couches : TiN, HfO2, Si,…
- Revêtement pour l’industrie verrière (vitrages à Isolation Thermique Renforcée) : problématique de l’état chimique d’une couche d’Ag placée en sandwich entre deux couches « bloqueurs » et deux couches de diélectrique.
- Multicouches pour le photovoltaïque :
– Détermination des profils de diffusion des éléments mobiles Cu, Rb et Na, Rb.
– Détermination de la structure électronique à travers l’enchaînement des couches pour le système Cu(In,Ga)Se2(2 µm)/Rb:In2S3(20 nm)/In2S3(30 nm)/verre.
Contact :
Bruno Domenichini (Animateur) : bruno.domenichini_at_u-bourgogne.fr