Elaboration de couches minces d’alumine par ablation laser et leurs caractérisations

Abstract

Le travail présenté dans ce mémoire porte sur l'élaboration de couches minces d'oxyde d’aluminium (Al2O3) par la technique d'ablation laser appelée PLD "Pulsed Laser Deposition". Ces couches ont été synthétisées sur différents substrats le silicium (100), le verre Corning et l'acier 304 L, sous vide et pour des pressions d'oxygène allant de 0.01 à 0.03 mbar d'O2. La technique PLD consiste à focaliser un faisceau laser sur une cible placée à 45 ° du faisceau laser et en rotation. Le système cible-substrat est placé dans une enceinte à vide, pompée à des pressions allant jusqu'à 10-5 mbar. Sous l'effet de l'interaction du laser avec la cible, de la matière est ablatée et un plasma est formé lorsque la densité de puissance laser dépasse la valeur seuil de formation du plasma. Ce dernier va se détendre pour former une couche mince sur un substrat placée face à la cible. Différentes caractérisations aussi bien structurale, morphologique , mécanique optique ou chimique ont été faites sur ces couches d'alumine. Les résultats obtenus ont montré que pour l'analyse structurale par DRX, les couches étaient amorphes. Pour l'analyse morphologique par MEB, que la morphologie dépend des conditions expérimentales autrement dit de la pression d'oxygène.. Toutes les couches montraient l'apparition de particules sur leur surface avec une morphologie différente pour la couche à 0.03 mbar d'O2 qui semble être granulaire. Les mesures optiques par spectrophotométrie UV-Visible ont données des valeurs du gap allant de 3.64 à 4.16 eV suivant la pression d'oxygène. Ces couches sont transparentes du proche UV à l'infra rouge. Les tests mécaniques par nanoindentation ont donné une valeur optimum à 0.01 mbar d' O2 avec une nano-dureté de 13.25 GPa et un module d'Young de 165.61 GPa. L’étude électrochimique a apporté une meilleure protection pour la couche élaborée à 0.02 mbar d'oxygène.