Les propri´et´es chimiques : composition et degr´es d’oxydation

Tout d’abord, la composition chimique des couches minces de V2O5 a ´et´e analys´ee par RBS et XPS. Le Tableau III.2 rassemble les conditions exp´erimentales (pression partielle d’oxyg`ene et pression totale) ainsi que les compositions chimiques d´etermin´ees par l’une ou les deux techniques d’analyse.

D’une fa¸con g´en´erale, la composition chimique de toutes les couches minces obtenues est proche de celle de la cible de V2O5 utilis´ee pour d´eposer ces derni`eres. N´eanmoins, les couches minces ´elabor´ees en absence d’oxyg`ene sont syst´ematiquement sous-stoechio-m´etriques en oxyg`ene. De plus, la teneur en oxyg`ene d´etermin´ee par RBS semble tr`es surestim´ee. Ceci peut ˆetre expliqu´e par l’adsorption de l’oxyg`ene `a la surface du substrat lorsque les couches minces sont d´epos´ees sous oxyg`ene. Le traitement des spectres RBS par simulation ne permet pas de s´eparer cet oxyg`ene adsorb´e de l’oxyg`ene r´eellement pr´esent dans la couche mince. Afin de pr´eciser la teneur en oxyg`ene et les degr´es d’oxydation du vanadium, des couches minces de V2O5 pr´epar´ees en absence d’oxyg`ene ou sous une pres-sion partielle d’oxyg`ene de 14 %ont ´et´e analys´ees par XPS apr`es un d´ecapage m´ecanique

Influence de p_totale et de p_O2 sur les propri´et´es physico-chimiques

Fig. III.3 – Spectres XPS du pic de coeur V2p obtenus apr`es un d´ecapage m´ecanique pour diff´erentes couches minces de V2O5 d´epos´ees `a diff´erentes p_totale (0.5, 1 et 2.5 P a)

a) en absence d’oxyg`ene ou b) sous pO2 = 14 %.

des couches. Les spectres obtenus sont pr´esent´es sur la Figure III.3. Le pic de coeur V2p est caract´eris´e par la pr´esence d’un doublet V2p3/2 et V2p1/2 dˆu au couplage spin-orbite (cf. partie II.2.2.1).

Pour les couches minces pr´epar´ees en absence d’oyg`ene et quelle que soit la pression totale, le pic de coeur V2p3/2 peut ˆetre d´esomm´e en deux composantes. La composante A (dont la proportion est voisine de 60 %) correspond aux ions vanadium au degr´e d’oxy-dation +5 et se trouve `a une ´energie de liaison de 517.4 eV. La composante B est ca-ract´eris´ee par une ´energie de liaison plus faible de 516.2 `a 516.4 eV et correspond aux ions vanadium au degr´e d’oxydation +4. La pr´esence d’ions V<sup>4+</sup> provient du processus d’´elaboration des couches minces. Lorsque ces derni`eres sont d´epos´ees en absence d’oxy-g`ene, la surface de la cible de V2O5subit une l´eg`ere r´eduction due au bombardement par les ions argon. En absence d’oxyg`ene dans l’enceinte de pulv´erisation, les particules ´eject´ees de la cible ne peuvent pas ˆetre r´eoxyd´ees, conduisant ainsi au d´epˆot de couches minces sous-stoechiom´etriques en oxyg`ene. Dans la suite du texte, nous avons choisi de mention-ner les couches minces de V2O5 (de mani`ere g´en´erique), mˆeme lorsque ces derni`eres sont sous-stoechiom´etriques en oxyg`ene.

Concernant les couches minces de V2O5 pr´epar´ees sous une pression partielle d’oxy-g`ene de 14% et `a une pression totale de 0.5 ou 1 P a, l’analyse XPS indique la pr´esence de la seule composante A correspondant aux ions V⁵⁺. Par contre, le pic du coeur V2p3/2

des couches minces ´elabor´ees `a une pression totale plus ´elev´ee de 2.5 P a est caract´eris´e

pO2 [%] ptotale [Pa]

Tab. III.3 – Energies de liaison [eV], largeurs `a mi-hauteur [eV] et pourcentages atomiques relatifs obtenus par XPS pour le pic de coeur V2p3/2 de diff´erentes couches minces de V2O5 d´epos´ees `a diff´erentes ptotale (0.5, 1 et 2.5 P a) et en absence d’oxyg`ene

ou sous pO2 = 14 %.

par la pr´esence d’environ 18 % d’ions V⁴⁺. En effet, l’augmentation de la pression totale dans l’enceinte de pulv´erisation conduit `a une augmentation du nombre de collisions entre les particules ´eject´ees de la cible et les ions argon pr´esents dans le plasma. Ceci peut provoquer une r´eduction des particules pulv´eris´ees, et la pr´esence de 14 % de pression partielle d’oxyg`ene dans le plasma n’est pas suffisante pour r´eoxyder les particules. Le Tableau III.3 regroupe les pourcentages relatifs en ions V⁵⁺ et V⁴⁺ pr´esents au sein des couches. Ces derniers ont ´et´e utilis´es pour calculer la composition chimique des couches minces pr´esent´ee dans le Tableau III.2 en supposant un degr´e d’oxydation formel ´egal `a -2 pour l’oxyg`ene.

Les r´esultats obtenus par XPS sont en bon accord avec la couleur des couches minces obtenues dans les diff´erentes conditions exp´erimentales. Les couches minces d´epos´ees en absence d’oxyg`ene sont de couleur bleue fonc´ee, alors que les couches minces pr´epar´ees sous une pression partielle d’oxyg`ene sup´erieure ou ´egale `a 10 % sont de couleur jaune-orange, la couleur caract´eristique de V2O5 stoechiom´etrique.

Afin d’´etudier l’homog´en´eit´e de la composition chimique des couches minces en fonc-tion de leur ´epaisseur, ces derni`eres ont ´et´e analys´ees par spectroscopie Auger (AES).

Cette analyse a r´ev´el´e une composition chimique homog`ene sur l’´epaisseur pour tous les

´echantillons, comme cela est illustr´e dans le cas d’une couche mince de V2O5 d´epos´ee

Influence de p_totale et de p_O2 sur les propri´et´es physico-chimiques

Fig. III.4 – Spectre Auger pour une couche mince de V2O5 d´epos´ee `a ptotale= 1 P a sous pO2 = 14 %.

sous une pression partielle d’oxyg`ene de 14 %(Figure III.4). Le rapport des pourcentages atomiques oxyg`ene/vanadium est de 2.57, ce qui conduit `a une composition tr`es proche de V2O5. Le signal du fer provient du substrat (acier inoxydable).