Préparation des films minces de dialkviterthiophènes

L'analyse des dialkylterthiophènes en couche mince nécessite des films cristal-liquides uniformes. Des films minces de C8-TT-C8 ont été déposés par spin coating sur des substrats de silicium présentant une couche d'environ 2 nm de SiOa. Leur rugosité moyenne est évaluée à quelques Â. La rugosité moyenne (RMS) des films minces de dialkylterthiophènes a été déterminée par ellipsométrie.

VII.1 Méthode de préparation et de déposition des couches minces

Afin d'obtenir différentes épaisseurs de C8-TT-C8 en couches minces (épaisseur comprise entre 3 nm et 100 nm), différentes concentrations de composé cristal-liquide dilué dans du toluène, ont été préparées. Nous avons ensuite utilisé le "spin coating" comme méthode de déposition des films sur les substrats.

Le "spin-coating" est une technique utilisée pour déposer de manière uniforme une couche mince sur un substrat. La figure 11-26 illustre les différentes étapes de déposition : la déposition s'effectue à partir d'une solution diluée que l'on place sur le substrat. L'étalement est alors contrôlé par la rotation du substrat pouvant atteindre plusieurs milliers de tours par minute. Durant cette étape le solvant s'évapore rapidement permettant d'obtenir un film mince d'épaisseur variable (de quelques nanomètres à plusieurs microns) suivant les paramètres de dépôt (concentration de la solution, vitesse et temps de déposition).

Figure 11-26 : Dépôt d'un film mince à l'aide d'un spin-coater. A) le substrat est couvert par une solution ; B) rotation du substrat entraînant l'évaporation du solvant ; C) film formé sur le substrat.

Les films minces de C8-TT-C8 ont donc été déposés par spin coating sur des substrats de silicium/Si02. Pour chaque film déposé, le substrat a été préalablement mis à température à T= 80°C. Après avoir déposé la solution concentrée de C8-TT-C8 sur le substrat, le spin coating a été effectué durant un temps t = 30 s et à une vitesse de 3000 rpm. La préchauffe du substrat est indispensable afin d'obtenir des films uniformes. En effet, les films déposés sur un substrat à température ambiante, se sont avérés très rugueux (± 17 nm pour un film de = 50 nm d'épaisseur).

VII.2 Evaluation de l'épaisseur et de l'uniformité des films déposés

L'épaisseur de chaque échantillon a été mesurée par l'ellipsomètre Nanofilm. Son système d'imagerie nous a permis d'évaluer la rugosité moyenne (RMS) de chaque échantillon. La rugosité (RMS) est évaluée à différentes zones de l'échantillon. La figure 11-27 montre l'image 3D du film mince de C8-TT-C8 de 17.5 nm d'épaisseur sur une zone de 289 pm X 274 pm. La figure 11-28 montre le profil de l'épaisseur du film sur une longueur L de ce film : le profil présente une épaisseur moyenne de 17.5 nm et une rugosité (RMS) de 0.9 nm.

Le tableau 11-3 récapitule pour plusieurs films de C8-TT-C8 déposés: leur concentration en solution avant le spin coating, leur épaisseur, leur rugosité ainsi que les paramètres utilisés durant le spin coating.

Concentration en solution (%) Epaisseur mesurée (nm) RMS(nm) Nature du Substrat 0.4 % 15 nm 0.8 nm Silicium/Si02 (2nm) 0.7 % 32 nm 2.5 nm Silicium/Si02 (2nm) 1.2% 60 nm 6 nm Silicium/Si02 (2nm) 2% 100 nm 10 nm Silicium/Si02 (2nm)

Tableau 11-3 : Concentration en solution du C8-TT-C8 (%) ; épaisseur de film (nm) mesurée à l'ellipsomètre ; RMS mesurée (nm) par ellipsométrie ; nature du substrat sur lequel se trouve le film spin coaté.

Figure 11-27

: Image (surface : 289 pm x 274 pm) d'un film de C8-TT-C8 de 17.5 nm d'épaisseur.

0 3 SO 75 100 12S 150 175 200 22S 250 274

microns

Figure 11-28

: Profil de l'épaisseur d'un film de C8-TT-C8 sur une longueur L = 373 pm. L'épaisseur moyenne mesurée est égale à 17.5 nm. La rugosité (RMS) est égale à : 0.9 nm.

VIN. Microscopie à Force Atomique : "TappineMode"

La microscopie à force atomique est une technique qui permet d'obtenir une image de la surface d'un échantillon en détectant les forces d'interaction entre l'extrémité d'une pointe sonde (montée sur un micro-levier) et la surface considérée. Ces forces résultent

des interactions entre orbitales saturées des atomes de la pointe et des molécules de la surface sondée. Ces interactions sont de faible énergie, de type coulombienne ou de Van der Waals [22]. Les forces entre la pointe et la surface sont de l'ordre de 10”^° et 10 ® N. Le système employé dans cette étude utilise une pointe en silicium qui est portée par un micro levier très flexible et se révèle sensible aux faibles interactions interatomiques qui provoquent sa déflexion. Celle-ci est mesurée grâce à un photo-détecteur composé d'un laser et d'une photodiode. Le balayage de la surface nécessite l'utilisation d'une céramique piézo-électrique : l'échantillon est monté sur la céramique qui permet les déplacements en x-y-z, la pointe étant fixe. À partir de ces différents éléments (pointe, micro-levier, photodiode, laser et céramique piezo), il est possible de réaliser des études de surfaces selon différents modes d'utilisation [22].

VIII.1 Modes d'utilisation

• Mode contact : la pointe est constamment au contact de la surface durant le balayage. On obtient alors une image en topographie. Pour acquérir l'acquisition des données, on peut utiliser un mode non asservi qui permet d'enregistrer la déflexion du levier. On peut également utiliser un mode asservi où chaque variation de déflexion du levier est compensée par un mouvement vertical du piezo.

• Mode contact intermittent (mode Tapping) : c'est un mode oscillant dans lequel le levier vibre à une fréquence proche de sa fréquence de résonance. La surface de l'échantillon est maintenue à une distance telle que l'amplitude des oscillations du levier soit constante. La pointe n'entre en contact avec la surface que de façon intermittente.

• Mode non-contact : ce mode également oscillant met en jeu des forces d'interaction de plus longue portée telles que les forces électrostatiques et magnétiques.

Dans le cadre de notre étude, les mesures AFM ont été réalisées avec un AFM "Nanoscope III" dont le principe de fonctionnement est illustré figure 11-29. L'appareil a été utilisé préférentiellement en "Tapping-Mode". Par conséquent, les prochains paragraphes sont dédiés à une explication plus détaillée de ce mode d'utilisation.

Laser

Echantillon

Figure 11-29 ; Représentation schématique de l'AFM "Nanoscope IM''.

Dans le document Disponible à / Available at permalink : (Page 89-94)