Chapitre 4 : Développement d’une électrode positive : LiMn1.5Ni0.5O4 (LMNO) par
4.5 Gravure du LMNO
Il faut garder à l’esprit que le but de cette étude est de comprendre le comportement électrochimique du matériau LMNO qu’il est ensuite nécessaire de développer par ALD sur un substrat tridimensionnel car l’objectif premier est la réalisation d’une microbatterie 3D tout solide. Le LMNO est un matériau qui requiert un recuit à 700°C, par conséquent, il sera le premier des matériaux actifs déposés lors de la réalisation de l’empilement complet. Afin d’isoler les collecteurs de courant, une étape de gravure sera alors nécessaire après dépôt. Ainsi, la
0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 lmno(730nm)-10µA lmno(420nm)-8.5µA lmno(260nm)-7µA E ff ic a ci té c o u lo m b iq u e ( % ) Nombre de cycles LiClO 4 (1M) EC:DMC (1:1) 1C 0.01 mbar, recuit à 700°C
a)
b)
0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50 60 lmno(730nm)-10µA lmno(420nm)-8.5µA lmno(260nm)-7µA lmno(140nm)-5µA C a p a ci té v o lu m iq u e (µ A h .c m -2 .µ m -1 ) Nombre de cyclesChapitre 4 : Développement d’une électrode positive (LMNO)
est ensuite recuit pendant 5 minute
solvants et de durcir la résine. Un temps de relaxation d’un minimum de 2h est alors nécessaire. Le wafer est ensuite insolé sous UV à travers les motifs du photomasque. Des motifs en trèfles (quelques mm2) sont utilisés pour le développement de la gravure du LMNO. Un temps de relaxation d’au moins 2h suivi d’un recuit post insolation est requis pour compléter la photo réaction. Les différents motifs de résine sont ensuite révélés lors d’un trempage dans un développeur MF-319 comme le montre la figure 4.2
Une fois les motifs de résine obtenus
du LMNO sélectivement à ce motif de résine mis au point avec les paramètres suivants
- Débit de gaz : Cl2
- Puissance des générateurs - Pression : 10 mTorr
Comme le montre l’image MEB figure 4.2 de gravure.
Figure 4.26: a)Image MEB d'un dépôt de LMNO après gravure. b) LMNO en trèfle.
4.6 Conclusion
Dans le cadre de cette étude, une électrode positive de LiMn
développée et optimisée par pulvérisation cathodique RF. Dans un premier temps, un problème lié au collecteur de courant a été soulevé lors du recuit. En effet, la formation de l’alliage PtSi au delà de 525°C due à la diffusion du platine so
: Développement d’une électrode positive (LMNO) par pulvérisation cathodique RF
est ensuite recuit pendant 5 minutes à 110°C sur une plaque chauffante afin d’évaporer les ine. Un temps de relaxation d’un minimum de 2h est alors nécessaire. Le wafer est ensuite insolé sous UV à travers les motifs du photomasque. Des motifs en trèfles sont utilisés pour le développement de la gravure du LMNO. Un temps de tion d’au moins 2h suivi d’un recuit post insolation est requis pour compléter la photo réaction. Les différents motifs de résine sont ensuite révélés lors d’un trempage dans un
319 comme le montre la figure 4.26b.
résine obtenus (masque de gravure), on peut procéder à l’étape de gravure du LMNO sélectivement à ce motif de résine. Ainsi un procédé de gravure plasma Cl
mis au point avec les paramètres suivants : et Ar : 30 sccm
des générateurs : PRIE : 100 W, PICP : 300 W
: 10 mTorr
Comme le montre l’image MEB figure 4.26a), le LMNO est totalement grav
: a)Image MEB d'un dépôt de LMNO après gravure. b) Photographie d'un motif de
Dans le cadre de cette étude, une électrode positive de LiMn1.5Ni
développée et optimisée par pulvérisation cathodique RF. Dans un premier temps, un problème lié au collecteur de courant a été soulevé lors du recuit. En effet, la formation de l’alliage PtSi au delà de 525°C due à la diffusion du platine sous l’effet du recuit endommageait sévèrement le
par pulvérisation cathodique RF
à 110°C sur une plaque chauffante afin d’évaporer les ine. Un temps de relaxation d’un minimum de 2h est alors nécessaire. Le wafer est ensuite insolé sous UV à travers les motifs du photomasque. Des motifs en trèfles sont utilisés pour le développement de la gravure du LMNO. Un temps de tion d’au moins 2h suivi d’un recuit post insolation est requis pour compléter la photo- réaction. Les différents motifs de résine sont ensuite révélés lors d’un trempage dans un
, on peut procéder à l’étape de gravure . Ainsi un procédé de gravure plasma Cl2 /Ar a été
t totalement gravé après 14 minutes
Photographie d'un motif de
Ni0.5O4 (LMNO) a été
développée et optimisée par pulvérisation cathodique RF. Dans un premier temps, un problème lié au collecteur de courant a été soulevé lors du recuit. En effet, la formation de l’alliage PtSi au-
collecteur de courant. Ce problème a été résolu en remplaçant la couche d’accroche de chrome par de l’alumine (une couche isolante protectrice). Puis, la température de recuit sous air a été optimisée à 700°C.
Dans un deuxième temps, une étude en fonction de la pression de dépôt a révélé l’importance de ce paramètre sur la morphologie ainsi que sur la structure du matériau. En effet une distinction peut être faite entre les hautes et basses pressions puisque qu’une phase ordonnée est obtenue dans le premier cas et désordonnée dans le second. Or l’ordre de la phase influe sur le comportement électrochimique du matériau qui est meilleur pour la forme désordonnée. Ainsi la pression de dépôt a été optimisée à 0.01 mbar. Cependant les capacités volumiques ainsi que l’efficacité coulombique restent faibles.
Dans le but de les améliorer, une étude en épaisseur a été entreprise. L’étude en épaisseur montre une orientation préférentielle selon la direction (111) sur les premiers nanomètres puis une structure polycristalline lorsqu’on monte en épaisseur. Les dépôts polycristallins délivrent les meilleurs résultats en termes de capacité volumique délivrée, stabilité électrochimique et efficacité coulombique. Cependant, une optimisation pression de dépôt/ épaisseur du dépôt peut être effectuée afin de maximiser la stabilité mécanique des dépôts pour pouvoir monter en épaisseur.
Pour finir un procédé de gravure a été mis au point dans but de pouvoir réaliser un empilement 3D complet utilisant le LMNO en tant qu’électrode positive.