Study of growth and influence of nanoparticles in the deposition of tin oxide thin films by PECVD process
Étude de la formation et du rôle des nanoparticules dans l'élaboration de couches minces d'oxyde d'étain par PECVD
Résumé
Tin oxide thin films have been used in a wide range of applications such as gas sensor material, transparent conductor or catalyst system. The presence of a nanocrystalline fraction embedded in an amorphous phase has shown to enhanced the electrical and optical properties of SnO2 thin films. During the growth of the thin films deposited by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), nanometer-sized particles, polymerized in plasma phase, can be embedded in the films. The electrical properties of the plasma are deeply affected by the growth of these dusts, allowing us to follow their creation by monitoring the bias voltage of the electrode. At first, we study the impact of the process parameters on the evolution of the bias voltage, and linked them to the film nanostructure. In this work, we report the use of a pulsed RF-PECVD discharge to deposit nanostructured thin films. We discuss hypotheses about the mechanisms involved in the dust growth. A correlation between the time on and the size of nanocrystallites have been demonstrated.
Les couches minces d'oxyde d'étain sont largement utilisées dans différents domaines d'applications comme les électrodes transparentes, les détecteurs de gaz, ou encore les catalyseurs. Il a été montré que la nanostructure des films permettait d'améliorer sensiblement les propriétés optiques et électriques des couches minces de semiconducteurs. L'objectif principal de ce travail de thèse est de synthétiser des films minces de SnO2, en contrôlant leur nanostructure et leur composition. Lors de la croissance de couches minces dans notre système de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD), des poudres nanométriques, polymérisées en phase plasma, peuvent s'incorporer dans le film. Les propriétés électriques du plasma sont grandement affectées par la croissance de ces poudres, et il est ainsi possible de suivre leur évolution par des mesures de la tension d'autopolarisation (VDC) de l'électrode de tension. Dans un premier temps, nous avons établi l'influence des paramètres du procédé sur l'évolution de la VDC, et relié ses variations à la granulométrie du film observé par microscopie électronique à balayage. Nous avons ensuite modifié les temps d'allumage et d'extinction du plasma, en faisant fonctionner notre générateur en mode pulsé. Nous avons ainsi pu discuter différentes hypothèses sur les mécanismes de formations des poudres dans un plasma argon/oxygène/tétraméthylétain. Un lien entre les conditions de modulation du plasma et la présence de nanocristallites incorporées au film d'oxyde d'étain a pu être établi.