Le dépôt et les défis des performances des OTC sur les substrats

Les oxydes transparents conducteurs (OTC) ont subi une commercialisation

signi-ficative car ces films sont utilisés par la plupart d’entre nous presque tous les jours

dans des applications allant des montres numériques aux téléphones cellulaires, aux

écrans d’ordinateur ou d’autres types d’affichages. L’OTC le plus reconnu

aujour-d’hui est lITO, c’est l’oxyde d’indium dopé étain In

₂

O

₃

:Sn. L’ITO sur verre est utilisé

comme une électrode transparente dans presque tous les écrans plats. L’autre grande

application des OTC est aussi les revêtements de faible émissivité pour les fenêtres

éconergétiques. Les propriétés spectralement sélectives des revêtements de SnO

₂

:F,

déposés par pyrolyse sur verre, fournit des fenêtres avec une transmission visible et

proche infrarouge élevée accompagnée d’une isolation thermique. Les revêtements à

faible émissivité représentent la plus grande surface de revêtements OTC déposées. La

croissance du marché de la production d’énergie et la demande pour les dispositifs

so-laires photovoltaïques (PV) est également conduisent à une grande consommation de

OTC pour les électrodes transparentes. Toutes les applications ci-dessus sont servies

par OTC généralement déposé ou post-traitée à des températures élevées (200-600 °C).

L’application des oxydes transparents conducteurs OTC dans les dispositifs

élec-troniques a été rapportée dans la littérature [68]. Typiquement, ces dispositifs

électro-niques actifs transparents sont également faits à des températures élevées. Cependant,

il existe un intérêt considérable à déposer les OTC et les dispositifs électroniques

transparents à basses températures sur des substrats flexibles en plastique. L’une des

raisons de cet intérêt est la possibilité d’utilisation du procédé roll-to-roll pour la

production en grande surface et à faible coût. Exemples de produits commerciaux

uti-lisant des procédés de dépôt sous vide roll-to-roll sont les revêtements multicouches

pour l’anti-réflexion [69]. Les commandes solaires et les fenêtres éconergétiques [ [70],

les revêtements de sécurité en couleur changeante [71] et les revêtements ITO pour

diverses applications d’électrodes transparentes [72].

Les plus grandes applications des films plastiques revêtus d’ITO sont les électrodes

transparentes pour les écrans tactiles et les lampes électroluminescentes. Tandis que

l’ITO sur les films plastiques est actuellement un marché relativement petit, par

rap-port à l’ITO sur verre. Ce marché devrait connaître une croissance significative dans

les appareils mobiles, l’électronique et les écrans flexibles, des dispositifs

photovol-taïques et des applications électroniques transparents. Pour les applications

électro-niques transparentes, un seul dispositif électronique transparent peut nécessiter jusqu’à

quatre couches d’OTC et d’oxydes semi-conducteurs transparents (TSO).

Le terme OTC englobe historiquement un semi-conducteurs de type N dégénéré et

très transparent. Dans ce qui suit, nous définissons un OTC de cette façon. Lorsqu’on

se réfère à des oxydes semi-conducteurs transparents non dégénérées l’abréviation TSO

sera utilisée.

Par exemple, un dispositif de jonction p-n simple, nécessite à la fois une électrode

de contact OTC de type n fortement conductrice et une couche semi-conductrice de

type n pour le côté de la jonction et deux couches d’OTC et TSO de type p pour

for-mer l’autre moitié de la jonction. Pour les transistors à effet du champ (FET), ils sont

ainsi appelés transistors en couches minces (TFT) quand ils sont fabriquées en couches

minces, un seule type de matériau OTC et TSO est exigé. Car seulement les matériaux

d’oxyde de type n qui peuvent être utilisés, qui sont plus développée que les matériaux

d’oxyde de type p, le progrès a été plus rapide avec les dispositifs de jonction d’oxyde.

Entièrement les TFT transparentes nécessitent trois couches conductrices, deux OTC

et un TSO.

La conductivité électrique et la transparence dans les OTC sont brièvement

discu-tées pour illustrer la différence entre les OTC sur verre (processus à haute température)

et les OTC sur le plastique (processus à basse température). Les performances

élec-trique et optique (E/O) obtenues avec les processus haute et basse température sont

comparées.

Les performances (E/O) des oxydes transparents conducteurs (OTC) se sont

avé-rées qu’elles dépendent fortement du processus d’élaboration. Pour que l’électronique

d’oxyde transparent soit réussie, un processus de dépôt industriel robuste, qui est de

faible coût et de volume élevé, sera nécessaire. Pour le dépôt des OTC sur les films

plastiques, aujourd’hui, il n’y a que les moyens de dépôt sous vide, principalement par

la pulvérisation cathodique magnétron et occasionnellement par l’évaporation

ther-mique. Pour comprendre l’origine de la conductivité, aider à la conception et contrôler

le processus de dépôt des OTC pour obtenir les propriétés E/O souhaités, un modèle

très simplifié et qualitative du processus de dopage des OTC est présenté dans la

réfé-rence [73] pour aider les praticiens dans la conception et la définition de leur procédé

de dépôt des OTC et à comprendre leurs résultats du processus.

Défis avec les limites de température

Le dépôt des oxydes transparents conducteurs sur des substrats flexibles en

plas-tique suscitent un très vif intérêt. Cependant, les processus de dépôt des OTC avec

des performances meilleurs exigent des températures bien en dessous de 200°C, par

exemple, pour l’ITO≥200°C. Avec des substrats en plastiques sensibles à la

tempéra-ture, des températures de traitement doivent être beaucoup plus faible, typiquement

de∼20°C à < 100°C. Ces températures de traitement faibles donnent des films OTC

(ITO) avec une faible conductivité.

Les caractéristiques de plusieurs substrats en matière plastique disponibles dans le

commerce en fonction de la température ont été étudiées. Les films polymères autres

que le PET traditionnel offrent des températures de transition vitreuse (T

_g

) et

d’utili-sation plus élevées. La température T

_g

et la température de fusion (T

_m

) pour plusieurs

substrats en plastique disponibles dans le commerce sont présentés dans la Figure1.8.

Limitation mécanique

Certains de ces substrats en matière plastique semblerait conviener pour le dépôt

d’ITO (OTC) à ou près de la température désirée de∼200 °C. Cependant, avec

l’uti-lisation continu du substrat plastique à des températures élevées, son rétrécissement

ou sa dilatation avec la température et le coefficient de dilatation thermique (CTE)

doivent être pris en considération pour convenir à l’usage avec les OTC [74] et les

dispo-sitifs électroniques d’oxyde transparent. Si le rétrécissement du substrat se produit ou

s’il y a un décalage de dilatation thermique, le OTC ou le dispositif va devenir tendues

pendant le cycle de température du processus de dépôt. Typiquement, un substrat en

plastique avec un CTE < 20 ppm°C

⁻¹

est préférable pour limiter la désadaptation de

dilatation thermique avec les couches déposées, qui peuvent être tendues et fissurées

sous traitement thermique [75].

Figure ^{1.8 – Température de transition vitreuse T}

g

et la température de fusion T

_m

pour plusieurs polymères commerciaux [76].

les oxydes transparents flexibles en électronique, est le polyéthylène naphtalate

ther-miquement stabilisé (PEN). Bien que le PEN a la température de transition vitreuse

Tg de ∼ 120°C, au-dessus de la T

_g

, il est thermo stabilisé, il devient

dimensionnelle-ment stable jusqu’à 200°C [76]. Cependant, même si un rétrécissement significatif ne

se produit pas, le CTE du PEN doit être pris en considération pour convenir à l’usage

avec des OTC. Par exemple, avec l’ITO déposé sur le PEN à 200 °C, la disparité en

dilatation thermique, lors du cycle thermique pour le processus de dépôt, ne doit pas

dépasser la valeur de la déformation de∼ 1,5%.

Dans le document Optimisation des dépôts sur des substrats flexibles d’oxydes transparents conducteurs nanostructurés à base de ZnO (Page 45-48)