ETUDE PROSPECTIVE DE
MULTICOUCHES
1 Elaboration´ . . . . 178
1.1 Protocole op´eratoire . . . 178
1.2 Description des ´echantillons . . . 180
2 Caract´erisations structurales des multicouches. . . . 182
2.1 Diffraction des rayons X (modeθ/2θ) . . . 182
2.2 Etude par spectrom´´ etrie Raman . . . 184
2.2.1 Etude `´ a temp´erature ambiante . . . 184
2.2.2 Etude `´ a basse temp´erature (-160°C) . . . 186
2.2.3 Influence des interfaces . . . 187
3 Propri´et´es ´electriques de multicouches d´epos´ees sur LaAlO
3. . . . 189
3.1 Cas des bicouches simples . . . 189
3.2 Cas des multicouches . . . 191
177
Aucun syst`eme multicouche n’a ´et´e report´e dans la litt´erature concernant les nickelates de
terres rares. Dans une d´emarche exploratoire, nous avons synth´etis´e des multicouches `a base
de NdNiO3 et SmNiO3 et les avons caract´eris´ees d’un point de vue structural, compl´et´e par
quelques mesures ´electriques.
L’objectif de cette ´etude est de d´eterminer si les propri´et´es de transport et structurales
diff`erent par rapport aux films de mˆeme composition de type solution solide (Sm0,6Nd0,4NiO3).
Dans une premi`ere partie de ce chapitre, nous d´ecrivons le protocole op´eratoire mis en œuvre
lors de ces synth`eses et les ´echantillons r´ealis´ees
Des analyses structurales par diffractions des rayons X et par spectrom´etrie Raman r´ealis´ees
sur ces ´echantillons sont pr´esent´ees dans une deuxi`eme partie.
Les structures multicouches d’oxydes sont devenues un sujet de recherche `a part enti`ere
depuis peu, grˆace `a l’am´elioration des m´ethodes de pr´eparation des couches minces avec des
´
epaisseurs contrˆol´ees `a l’´echelle atomique et les d´ecouvertes r´ecentes de propri´et´es inattendues
[9]. La mise en forme en multicouche cr´ee des effets d’interfaces plus important que dans les
couches simples qui modifient g´en´eralement les propri´et´es physique [7]. Par exemple, des
multi-couches `a base de deux oxydes p´erovskites isolants (LaAlO3/SrTiO3) pr´esentent des interfaces
conductrices [128] et dans un autre cas (YBCO/LCMO) supraconductrices [129, 130]. Ces
pro-pri´et´es sont dues aux modifications des structures cristallines de chacun des compos´es aux
interfaces qui provoquent un d´ecalage de la position des atomes, et alt`erent les liaisons
chi-miques tout en modifiant la distribution des charges ´electroniques autour des atomes. D’autres
combinaisons ont montr´e des propri´et´es magn´etiques proches de celles de m´etaux, dans
les-quelles la conductivit´e devient quantifi´ee dans des valeurs discr`etes sous l’effet d’un champ
magn´etique [131].
Ces observations ont donc motiv´e les travaux que nous avons r´ealis´es sur des multicouches
et que nous pr´esentons ici.
1 Elaboration´
1.1 Protocole op´eratoire
Le protocole op´eratoire est le mˆeme que celui que nous avons utilis´e pour r´ealiser les films
minces et d´ecrit dans le chapitre II, section 4.3 (p : 64). La diff´erence se situe au niveau de
l’injection : plusieurs injecteurs sont utilis´es en parall`ele avec une solution source sp´ecifique par
injecteur. Des micro-gouttelettes de chacune de ces solutions sources sont inject´ees
alternative-ment suivant le d´eroulement sch´ematis´e dans la figure VI.1 :
1 ´Elaboration 179
Par rapport `a un film mince, une multicouche est un syst`eme plus complexe. En effet, en
variant le nombre de gouttes inject´ees de chacune des solutions, nous pouvons moduler les
´
epaisseurs de chacune des couches constituant le film.
Pour d´ecrire un syst`eme multicouche constitu´e de bicouches identiques superpos´ees, les
param`etres `a prendre en compte en plus de l’´epaisseur totale du film et du substrat sont :
– l’´epaisseur et le rapport d’´epaisseur de chaque couche constitu´ee de mat´eriaux diff´erents
qui forme la bicouche initiale d’´epaisseur t not´e {A/B}(t
a−1+t
b−1) avec ta−1+ tb−1= t1,
– le nombre de r´ep´etition n de cette bicouche not´e {A/B }(t
a+t
b)×n,
– la composition de la premi`ere couche d´epos´ee sur le substrat (soit le mat´eriau A, soit
le mat´eriau B pour former dans le premier cas {A/B }(t
a+t
b)×n ou dans le second cas
{B/A}(t
b+t
a)×n.
Nous avons r´ealis´e plusieurs films constitu´es de bicouches {SmNiO3/NdNiO3} en suivant ce
protocole. La notation des multicouches que nous avons adopt´ee est simplifi´ee pour des raisons
de clart´es par{Sm/Nd}`a la place de{SmNiO3/NdNiO3}lorsque la premi`ere couche en contact
avec le substrat est SmNiO3, dans l’autre cas, nous utiliserons la notation {Nd/Sm}.
Nous avons utilis´e deux injecteurs en parall`ele avec comme solutions sources, les m´elanges
dans les proportions ad´equates dans un cas de Sm(tmhd)3 et Ni(tmhd)2 , et dans l’autre cas
de Nd(tmhd)3 et Ni(tmhd)2. Chaque type de multicouche r´ealis´e a ´et´e d´epos´e sur les deux
substrats SrTiO3 (STO) et LaAlO3 (LAO).
Deux types de multicouches ont ´et´e r´ealis´es : l’un avec des bicouches plus fines avec l’injection
en alternance de 25 gouttes de chacune des solutions et l’autre avec des bicouches plus ´epaisses
r´ealis´ees `a partir de l’injection en alternance de 100 gouttes de chacune des solutions. Le nombre
de bicouches a ensuite ´et´e modul´e de mani`ere `a obtenir des ´epaisseurs de film proches de celles de
nos films minces monocouches compos´es des solutions solides Sm0,6Nd0,4NiO3 afin de comparer
l’influence de la mise en forme en multicouche.
Les diff´erents ´echantillons ´elabor´es sont r´epertori´es dans le tableau VI.1. La notation que
nous avons adopt´ee prend en compte le nombre de gouttes inject´ees plutˆot que l’´epaisseur de
chacune des couches.
Appellation
Nombre de
gouttes inject´ees
(Sm/Ni) (Nd/Ni)
Nombre de
bicouches
n
´epaisseur des
films attendue
(nm)
{Sm/Nd}
(25+25)×125 25 1 4
{Sm/Nd}
(25+25)×725 25 7 25
{Sm/Nd}
(25+25)×4025 25 40 180
{Nd/Sm}
(25+25)×725 25 7 25
{Sm/Nd}
(100+100)×1100 100 1 18
{Sm/Nd}
(100+100)×10100 100 10 180
Tab. VI.1 – Description des films multicouches ´elabor´es sur les deux substrats LAO et STO ; les
´
1.2 Description des ´echantillons
L’´epaisseur des couches formant les bicouches a ´et´e mesur´ee par r´eflectom´etrie des rayons
X. L’appareil utilis´e est un diffractom`etre SIEMENS D5000 muni d’un goniom`etre θ/2θ et
d’une anode de cuivre (λ = 1.5418 ˚A). Cette technique d’analyse fait appel `a la r´eflexion des
rayons X aux faibles angles d’incidence, c’est `a dire dans une gamme d’angle 2θ compris entre
0°et 7°. Les interf´erences entre les ondes X r´efl´echies par les deux faces d’une couche cr´eent des
oscillations de l’intensit´e r´efl´echie dont la p´eriode est directement reli´ee `a l’´epaisseur des films.
Un faisceau de rayons X irradie la surface de l’´echantillon qui r´efl´echit totalement les rayons
X jusqu’`a un angle critique qui correspond au point d’inflexion de la courbe
Au-del`a de cet angle critique, une partie du faisceau p´en`etre dans l’´echantillon et l’intensit´e
de la r´eflexion diminue. L’interaction entre le rayonnement r´efl´echi par la surface et celui qui
est r´efl´echi par les interfaces provoque l’apparition de franges d’interf´erences lorsque l’angle 2θ
augmente.
La figureVI.2repr´esente les diagrammes obtenussur trois ´echantillons :films{Sm/Nd}
(25+25)×7d´epos´es sur LAO et sur STO et{Sm/Nd}
(100+100)×1d´epos´e sur LAO.
Fig.VI.2 –Diagramme de r´eflectom´etrie des rayons X obtenu (a) sur l’´echantillon {Sm/Nd}
(25+25)×7d´epos´e sur SrTiO
3,(b) sur les ´echantillons {Sm/Nd}
(25+25)×7et {Sm/Nd}
(100+100)×1d´epos´e sur
LaAlO
3; d
icorrespond `a la distance angulaire entre deux oscillations.
L’analyse de ces diagrammes est r´ealis´ee par des simulations `a l’aide du logiciel “refsim”
qui nous permet de d´eterminer l’´epaisseur des couches. Celle-ci est d´etermin´ee `a partir de la
distance angulaire entre deux oscillations (di), soit la p´eriode des franges d’interf´erence. Ainsi,
plus la couche est ´epaisse, plus les oscillations sont rapproch´ees.
Les ´epaisseurs totales des films (ttot) sont estim´ees d’apr`es les ´epaisseurs des bicouches
obtenues (ta + tb) , en consid´erant que les ´epaisseurs des bicouches ne varient pas au cours du
d´epˆot lorsque le mˆeme nombre de gouttes est inject´e.
Pour les films plus ´epais, nous ne distinguons pas d’oscillations car l’´epaisseur totale est trop
grande, la p´eriode des oscillations est alors trop petite.
1 ´Elaboration 181
Les oscillations observ´ees sur les films{Sm/Nd}(25+25)×7ont une fr´equence similaire ; l’´
epais-seur des bicouches est donc ´equivalente quel que soit le substrat sur lequel sont d´epos´ees les
multicouches.
Les oscillations obtenues pour le film {Sm/Nd}(25+25)×7 sont plus rapproch´ees que pour le
film{Sm/Nd}(100+100)×1. Le film{Sm/Nd}(25+25)×7est donc plus ´epais que le film{Sm/Nd}(100+100)×1,
ce r´esultat ´etait attendu.
Appellation Epaisseur des couches´ Epaisseur des films´
{A/B}
(a+b)×nt
a(˚A) t
b(˚A) t
tot(˚A) e (=t
tot×n) (nm)
{Sm/Nd}
(25+25)×14 ±1
{Sm/Nd}
(25+25)×722 16 38 27 ±3
{Sm/Nd}
(25+25)×40152±10
{Nd/Sm}
(25+25)×727 ±3
{Sm/Nd}
(100+100)×186 64 150 15±3
{Sm/Nd}
(100+100)×10145±20
2 Caract´erisations structurales des multicouches
Dans le document
Structure et propriétés physiques de films minces RENiO3 (RE=Sm, Nd) élaborés par MOCVD
(Page 176-183)