Thèses

Mercredi 17 Mars 2021 à 13h30.

Réalisation du carbone vitreux en couches minces sur substrat de silicium

''Le carbone vitreux est un matériau carboné isotrope hybridé sp2 ayant ses propriétés globalement supérieures comparées au graphite et est caractérisé par sa faible densité massique à l’état massif (1,5g/cm3). Il est essentiellement utilisé pour des applications électrochimiques et des dispositifs fonctionnant à très haute température. Récemment, il fait l’objet d’intérêt croissant dans la réalisation des dispositifs micro- et nanométriques pour des applications biomédicales (micro-électrodes implantées dans le cerveau) et microélectroniques (micro-batteries, nano générateurs, supercapacités,…). Il est uniquement produit par pyrolyse d’un polymère réticulé à très haute température (> 1000°C). Ce procédé de synthèse est malheureusement incompatible avec des substrats de la microélectronique. Nous avons finalement réussi à réaliser une couche de carbone vitreux sur substrat de silicium par ablation laser combinée à l’irradiation laser à faible fluence en régime nanoseconde. L’analyse Raman de nos couches a fait apparaître un spectre Raman identique de celui du carbone vitreux. Du fait d’allotropie élevée du carbone sp2, notre investigation a été renforcée par l’utilisation d’autres outils de caractérisation en vue de valider la signature du carbone vitreux :la spectroscopie XPS, la spectroscopie de perte d’énergie, la spectroscopie RBS et l’imagerie HTREM.
Dans le cas des dépôts par ablation femtoseconde, nous avons pu observer que contrairement aux dépôts par ablation laser nanoseconde, les couches déposées sous 1 mbar d’hélium ne sont pas susceptibles de se transformer en carbone vitreux sous irradiation laser à faible fluence, du fait de l’existence des clusters sp2 et que ces clusters sont bien liés à la nature de la cible du carbone sp2. L’irradiation laser à faible fluence est une méthode permettant de dévoiler la nature du carbone sp2 différente (chaine sp², fullerène, anneaux aromatiques), ce que l’analyse Raman ne permet pas de distinguer au sein des couches non irradiées.
Du point de vue topologique, nous avons montré que par rapport au modèle de la structure du carbone vitreux proposé par Harris (structure de type fullerène), la représentation tridimensionnelle par une structure schwarzite modifiée est plus pertinente pour expliquer ses propriétés.

Directeurs de thèse/ thesis director : Patrice Mélinon et Antonio Pereira

Membres du jury / members of the jury:

Rapporteur: Chris Ewels
Rapporteur: Alain Penicaud
Examinatrice: Florence Garrélie
Examinatrice: Catherine Journet
Examinateur: Duvail Jean-Luc

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