Les conditions de d´epˆot

III.1.2.1 La pr´eparation de la cible

Afin de d´eposer des couches minces de V2O5 pur, une cible de V2O5 c´eramique de 50 mmde diam`etre a ´et´e utilis´ee. Cette cible est pr´epar´ee `a partir d’une poudre commer-ciale de V2O5 (Aldrich, 99.99%). La poudre (environ 15g) est ensuite m´elang´ee avec 2 % en masse de camphre, dilu´e dans de l’ac´etone, et s´ech´ee pendant une heure dans une ´etuve.

Ce m´elange est ensuite press´e sous air `a environ 30 tonnes pendant 5 minutes. Ensuite, la

Fig. III.1 – Sch´ema du dispositif de pulv´erisation Plassys int´egr´e dans une boˆıte `a gants

III.1. Synth`ese des couches minces de V2O5 pur par pulv´erisation cathodique

Fig. III.2 – Photographie de l’appareil de pulv´erisation Plassys connect´e `a une boˆıte `a gants

cible ainsi obtenue est fritt´ee `a 400˚C pendant 12 heures, puis `a 600˚Cpendant 10 heures.

Le recuit de la cible permet d’obtenir une cible dense avec une bonne tenue m´ecanique. La bonne r´esistance m´ecanique de la cible est n´ecessaire afin d’´eviter la formation de fissures lors de sa manipulation et lors de la pulv´erisation. En effet, l’´energie des ions incidents est majoritairement dissip´ee sous forme de chaleur ce qui peut entraˆıner des fissures de la cible, d’autant plus que cette derni`ere est refroidie par le dessous. L’´epaisseur de la cible apr`es le recuit est de l’ordre de 3.5mm. Il faut noter qu’il n’a pas ´et´e possible de pr´eparer des cibles compactes et rigides sans ajout de liant et sans recuit.

La cible obtenue est ensuite fix´ee dans l’enceinte de pulv´erisation sur le porte-cible (ca-thode). Afin d’am´eliorer le contact thermique entre ce dernier et la cible, une feuille d’´etain est intercal´ee. Ce contact thermique est tr`es important pour assurer un bon refroidissement de la cible lors des d´epˆots et ´eviter la formation de fissures dues `a une temp´erature de cible trop ´elev´ee. Ces fissures sont n´efastes pour les d´epˆots puisqu’elles peuvent entraˆıner la pulv´erisation de la feuille d’´etain situ´ee sous la cible et donc conduire `a une pollution des couches minces d´epos´ees.

III.1.2.2 Les substrats

Les substrats sont plac´es dans l’enceinte de pulv´erisation sur un plateau situ´e en face de la cible, dont la rotation permet d’effectuer des d´epˆots de diff´erentes dur´ees sans inter-rompre le plasma. Le porte-substrat et donc les substrats se trouvent au potentiel flottant.

Selon la caract´erisation envisag´ee, les couches minces sont d´epos´ees sur diff´erents types de substrat : du carbone vitreux, de l’acier inoxydable (inox), du silicium orient´e (100), du papier aluminium, des lames de verre et des grilles de cuivre recouvertes d’une couche de carbone avec des trous. Le carbone vitreux ainsi que les disques d’inox sont pr´ealablement polis. Les diff´erents types de substrat utilis´es en fonction de la caract´erisation envisag´ee sont r´esum´es dans le Tableau II.1 du chapitre II.

III.1.2.3 Le d´epˆot

Avant de r´ealiser les d´epˆots, l’enceinte de pulv´erisation est ´evacu´ee par une pompe turbomol´eculaire afin d’obtenir un vide limite de l’ordre de 5·10⁻⁵ P a. Ensuite le gaz de d´echarge (argon, 99.995%) ou un m´elange gazeux constitu´e d’argon et d’oxyg`ene (99.5 %) sont introduits. Avant chaque d´epˆot, une pr´e-pulv´erisation d’une heure est syst´ematiquement effectu´ee afin d’assurer d’une part, un d´ecapage de la cible et donc d’´eliminer l’extrˆeme surface de la cible qui pourrait ˆetre pollu´ee, et d’autre part permettre d’atteindre un r´egime de pulv´erisation constant et homog`ene (ce qui demanderait `a ˆetre confirm´e par une analyse du plasma par un spectrom`etre de masse ou par spectroscopie optique). Tous les d´epˆots dans ce travail ont ´et´e r´ealis´es `a temp´erature ambiante, c’est-`a-dire sans chauffer inten-tionnellement le substrat pendant le d´epˆot des couches minces.

Afin d’´etudier l’influence de diff´erents param`etres de d´epˆot, notamment de la pres-sion totale et de la prespres-sion partielle d’oxyg`ene, sur les propri´et´es physico-chimiques et

´electrochimiques des couches minces de V2O5, diff´erentes conditions de d´epˆot ont ´et´e uti-lis´ees. Ces derni`eres sont r´esum´ees dans le Tableau III.1.

La dur´ee du d´epˆot a ´et´e l´eg`erement augment´ee lorsque les couches minces de V2O5

ont ´et´e ´elabor´ees en pr´esence d’une pression partielle d’oxyg`ene (6 heures au lieu de 5 heures sous une atmosph`ere d’argon pur) afin de conserver une ´epaisseur voisine de 400 `a 500 nm, car la pr´esence d’oxyg`ene dans le plasma entraˆıne une diminution de la vitesse de d´epˆot (cf. partie III.2.2). Dans le cas des couches minces d´epos´ees sur une grille de cuivre ou encore sur du carbone vitreux, la dur´ee de d´epˆot a ´et´e significative-ment r´eduite, car les caract´erisations envisag´ees (microscopie ´electronique `a transmission

III.2. Influence de la pression totale et de la pression partielle d’oxyg`ene sur les Tab. III.1 – R´ecapitulatif des conditions de d´epˆots utilis´ees pour la synth`ese des

couches minces de V2O5 pur

et spectroscopie de r´etrodiffusion de Rutherford) n´ecessitent des couches minces de tr`es faibles ´epaisseurs de l’ordre de 100nm.

III.2 Influence de la pression totale et de la pression partielle d’oxyg` ene sur les propri´ et´ es physico-chimiques

Comme nous l’avons vu pr´ec´edemment (parties I.3.2.2 et I.3.3.2), un certain nombre d’´etudes ont ´et´e r´ealis´ees sur des couches minces de V2O5 obtenues par pulv´erisation ca-thodique en variant notamment la pression partielle d’oxyg`ene. N´eanmoins, aucune ´etude syst´ematique reliant les conditions de d´epˆot aux propri´et´es ´electrochimiques des couches minces de V2O5 n’a ´et´e jusqu’alors r´ealis´ee.

C’est pourquoi nous avons d´ecid´e de r´ealiser une ´etude syst´ematique de l’influence de la pression totale et de la pression partielle d’oxyg`ene lors du d´epˆot sur les propri´et´es physico-chimiques et de corr´eler ces derni`eres aux propri´et´es ´electrochimiques des couches minces ainsi obtenues.