Academic literature on the topic 'Couches minces métalliques – Teneur en aluminium'

Les mécanismes d’électrodéposition réalisés à partir d'électrolytes à base de liquides ioniques ne sont pas très bien compris en raison de l’organisation structurale complexe de ces électrolytes. Dans cette thèse, nous étudions les relations qui existent entre la morphologie des films, les propriétés électrochimiques ainsi que la structure de l'électrolyte liquide ionique. Plusieurs solutions ont été étudiées: CuCl, CuCl2 et CuSO4 dans 1-éthyl-3-méthylimidazolium éthyl-sulfate [EMIM] [EtSO4]; AgTFSI, CuTFSI2 et AlTFSI3 en 1-éthyl-3-méthylimidazolium bis(trifluorométhylsulfonyl)imide [EMIM] [TFSI]. Des mesures de cyclovoltammétrie montrent que les réductions de l’argent et du cuivre sont quasi-réversibles et se produisent par une réaction de transfert mono-électronique {(Ag (I) → Ag (0), (Cu (II) → Cu (I)) et (Cu (I) → Cu (0)}. La réduction de l'aluminium est irréversible. Les coefficients de diffusion augmentent avec la température de l'électrolyte et sont également influencés par l'état d'oxydation du métal et des anions en solution. Des films minces métalliques ont été obtenus pour toutes les solutions, sauf pour AlTFSI3. L'analyse par XRD et EDX montrent que les films sont cristallins et sont principalement constitués de cuivre ou d'argent pur. Leur morphologie est contrôlée par la température, du temps et du potentiel d’électrodéposition. D'une manière générale, l'élévation du temps de dépôt et de la température augmente la couverture du film et de la taille des particules, tandis que l'augmentation du potentiel de dépôt diminue la taille des particules. La structure des électrolytes a été étudiée par Raman et IR spectroscopies et interprétée à l’aide de méthodes théoriques de chimie quantique. Pour AgTFSI-[EMIM][TFSI], le cation d’argent est solvaté par trois anions TFSI-. Pour CuCl2-[EMIM][EtSO4], le cation de cuivre est solvaté par deux anions de chlore et deux anions EtSO4
Deposition mechanisms from ionic liquid-based electrolytes are not fully understood due to difficulties in probing the electrolyte structure. In this study, we investigate the links between films morphology, electrochemical properties of the electrolyte and electrolyte structure. Several solutions were investigated: CuCl, CuCl2 and CuSO4 in 1-ethyl-3-methylimidazolium ethylsulphate [EMIM][EtSO4]; AgTFSI, CuTFSI2 and AlTFSI3 in 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide [EMIM][TFSI]. Cyclic-voltammetry shows that silver and copper reductions are quasi-reversible and occur by one-electron transfer reaction {(Ag(I)→Ag(0), (Cu(II)→Cu(I)) and (Cu(I)→Cu(0)}. Aluminium reduction is irreversible. The diffusion coefficients increase with electrolyte temperature, and are also influenced by the metal oxidation state and anions in solution. Metallic thin films were obtained for all the solutions except AlTFSI3. XRD and EDX analysis show that the films are crystalline and consist mainly of pure copper or silver. Their morphology is controlled by the deposition temperature, time and potential. In general, increasing the deposition time and temperature increases the film coverage and particle size, whereas increasing the deposition potential decreases the particle size. The electrolytes structure was investigated by Raman and IR spectroscopies, supported by theoretical calculations. For the AgTFSI-[EMIM][TFSI], silver cation is solvated by three TFSI-. For the CuCl2-[EMIM][EtSO4], copper cation is solvated by two chlorines and two EtSO4-

La réduction des dimensions des circuits intégrés et 1' augmentation de leur complexité entraînent que leur temps de réponse est de plus en plus limité par celui du réseau des interconnexions. Les matériaux utilisés pour réaliser celles-ci doivent présenter une faible résistivité et être compatibles avec les étapes de fabrication. Pour les interconnexions des niveaux supérieure, les alliages d'aluminium sont largement utilisés. Ces interconnexions déposées sur des substrats de silicium sont soumises à des traitements thermiques qui génèrent des déformations plastiques partiellement inhomogènes et responsables de l'apparition d'excroissances. La présence de ces défauts limite la faisabilité et la fiabilité des circuits intégrés. La détermination des caractéristiques des excroissances a nécessité la mise au point et le développement d'une nouvelle méthode statistique quantitative. La précision et les performances de cette méthode ont été étudiées par simulation. Cette méthode a été utilisée pour étudier l'influence, sur la formation des excroissances, des traitements thermiques caractérisés par la température et la durée de maintien ainsi que par la vitesse de montée en température. Les résultats expérimentaux révèlent le rôle primordial de la vitesse de chauffage. Pour les vitesses faibles les excroissances, nombreuses et volumineuses, se forment au cours du chauffage. Pour les vitesses élevées les excroissances, petites et relativement rares, se développent par relaxation de contrainte. Une étude directe de ce mécanisme permet de déterminer une valeur d'énergie d'activation apparente de 0. 5 eV qui permet d'attribuer à la diffusion inter granulaire une part prédominante dans les mécanismes de relaxation des contraintes. Une modélisation de cette relaxation au. Cours d'un cycle thermique permet de confirmer le rôle prépondérant de la diffusion inter granulaire dans les transports de matière efficaces lors de la formation des excroissances et de monter qu'une vitesse de chauffage importante à haute température est un moyen efficace d'obtenir des couches minces d'aluminium exemptes d'excroissances néfastes
The dimension reduction of integrated circuits and the increase of their complexity involve that the response time is more and more limited by that of interconnections. The requirements for nationalizations are essentially: low resistivity and compatibility with the fabrication steps. For multilevel interconnections, aluminum alloys are widely used. These interconnections deposited onto silicon substrates are submitted to heat treatments witch generate plastic deformation partially not homogeneous and responsible in the hillocks appearance. The feasibility and reliability of integrated circuits are strongly limited by these hillocks. The hillocks characteristic determination has required the development of a quantitative statistic method. The accuracy and performance of this new method have been studied by simulation. This method has been used to study the effect on the hillocks formation of the heat treatments witch are characterized by the temperature and time annealing as well as heating speed. Experimental results have revealed the primordial role of heating speed. For low speeds, the numerous and high hillocks are formed during heating. For high speed, small and relatively rare, hillocks growing during stress relaxation. Direct study of this mechanism allows the determination of an apparent activation energy witch was estimated to 0. 5 ev. This result supports inter granular diffusion controlled creep as an active, plastic deformation mechanism. A modelisation of stress relaxation during thermal cycle allows us to confirm the predominant role of inter granular diffusion in matter transport to form hillocks. A high heating speed at high temperature appears an e active way for eliminating hillocks in integrated circuits metallization

L'agence spatiale européenne et le CNES étudient la possibilité d'envoyer des microsystèmes dans l'espace, en particulier pour le gain de masse qu'ils représentent. Afin d'améliorer la fiabilité des composants en couches minces dans le temps et leurs performances, il est nécessaire de connaitre leurs propriétés mécaniques. Plusieurs techniques de caractérisation existent, en particulier la nanoindentation qui sollicite les couches minces directement sur substrat. Mais les résultats peuvent être largement influencés par le substrat dans le cas des couches microniques. Les méthodes de traction uniaxiale (CNES) et du gonflement de membranes autoportantes (INL) permettent de s'affranchir des effets du substrat, mais la fabrication de telles structures est complexe et nécessite bon nombre d'étapes technologiques pour retirer le substrat en face arrière. L'objectif de cette thèse est de comprendre le lien qui existe entre les paramètres de fabrication de couches minces métalliques d'or et d'aluminium, leur microstructure, et leurs propriétés mécaniques à l'aide des outils présentés précédemment. Une perspective étant de mieux agir sur les procédés de fabrication afin d'améliorer la fiabilité des composants. Le premier chapitre présente les différentes techniques de dépôt, leur thermodynamique et cinétique, les types de microstructures rapportées dans la littérature, ainsi que la réalisation des structures de test. Le deuxième présente les caractérisations microstructurales, et la corrélation entre les paramètres de dépôt et les propriétés microstructurales est discutée. Le chapitre trois présente les caractérisations mécaniques des couches minces, sur substrat ou autoportantes, par les méthodes de nanoindentation en pointe Berkovich et sphérique, de microtraction et du gonflement de membrane. Le dernier chapitre est consacré aux relations entre les propriétés microstructurales et mécaniques des couches minces métalliques et à l'influence des traitements thermiques.

L'etude theorique et appliquee des mecanismes de transport des atomes metalliques mis en phase vapeur dans les methodes de depot physique en phase vapeur (p. V. D. ) fait l'objet de ce travail. Une premiere etude a ete realisee dans le cas de l'evaporation sous vide. Dans ce cas, les atomes emis suivent une trajectoire rectiligne sans subir de collision, et l'etude des phenomenes de transport porte principalement sur les conditions d'emission des atomes. Pour cela, l'influence, de la deformation de la source et de la fonction de distribution spatiale, sur les repartitions en epaisseur, a ete etudiee. L'hypothese de l'existence d'une zone de pression elevee au voisinage de la source permet d'expliquer la deformation des repartitions en epaisseurs experimentales. L'existence d'une telle zone semble etre confirmee par le calcul des pressions au-dessus de la source. La deuxieme partie de ce memoire porte sur la modelisation du transfert des atomes pulverises en pulverisation cathodique magnetron. Dans ce cas, les atomes metalliques subissent des collisions avec les atomes du gaz support de la decharge electrique. Les trajectoires des atomes sont alors simulees par les methodes de monte carlo et une comparaison entre des repartitions en epaisseur theoriques et experimentales permet de valider le modele dans le cas de la pulverisation des metaux purs. Ce modele est ensuite utilise pour determiner les fonctions de repartition en energie et les angles d'incidence des atomes metalliques lorsqu'ils arrivent sur le depot en croissance. Ce modele a egalement ete applique aux cas de depots d'alliages metalliques binaires (aluminium-titane) et de depots de nitrure de titane (tin). L'evolution des rapports atomiques al/ti d'une part et n/ti d'autre part a ete etudiee pour differentes conditions de depot

Le procédé d’oxydation par plasma électrolytique (PEO) un procédé électrochimique de traitement de surface permettant d’élaborer des couches d’oxydes protectrices à la surface d’alliages métalliques légers (Al, Ti, Mg). Contrairement aux procédés d’anodisation, le procédé PEO utilise une densité de courant et une tension élevées qui donnent lieu au développement de micro-décharges (MDs) sur la surface traitée. L’objectif de cette étude était d’étudier les caractéristiques de ces MDs sous différentes conditions opératoires et de les corréler avec la microstructure des couches d’oxyde élaborées, pour in fine mieux comprendre les mécanismes de croissance. Tout d’abord, des traitements PEO séquencés ont été menés en changeant certains paramètres électriques en cours de traitement. Les résultats ont révélé un comportement particulier des MDs qui dépend non seulement des conditions électriques appliquées mais aussi de la morphologie de la couche en croissance. Les résultats ont également mis en évidence une transition anticipée vers le régime bénéfique de décharges « soft » contribuant ainsi à une amélioration significative des microstructures de la couche d’oxyde et de la consommation énergétique du procédé PEO. Des mesures optiques résolues en temps ont permis d’établir une corrélation entre le développement des MDs et la dynamique des bulles de gaz à l’interface oxyde / électrolyte. Particulièrement, les résultats ont prouvé l’existence de MDs internes à la couche lors du régime de croissance « soft ». De plus, une caractérisation multi-échelle de la structure dite en « pancake », structure typique du régime «soft », a révélé la formation d’une structure lamellaire nanocomposite. Elle consiste en une alternance de lamelles d’alumine pure avec des lamelles de mullite 1:1 métastable. Enfin, deux études prospectives ont été conduites autour du procédé PEO. La faisabilité de réaliser des traitements duplex combinant les procédés cold spray et PEO a été démontrée ainsi que la possibilité de produire des (nano-) particules d’oxyde métallique via le procédé PEO
Plasma electrolytic oxidation (PEO) is an electrochemical surface processing technique that allows the growth of protective oxide films on lightweight metals (Al, Ti, Mg). Contrary to conventional anodising, PEO operates at high current density and voltage which results in the ignition of micro-discharges (MDs) over the processed surface The aim of this work was to investigate the characteristics of the MDs under different processing parameters and to correlate these characteristics with the microstructure of the produced oxide layers in order to better understand the oxide growth mechanisms. Firstly, PEO sequenced treatments were conducted by changing the electrical parameters in the course of a treatment. Results revealed a particular behaviour of the MDs which depends not only on the applied electrical parameters but also on the morphology of the growing layer. Results also evidenced an earlier transition to the beneficial “soft” sparking regime, contributing to a significant improvement of the microstructure of the oxide layer as well as process energy consumption. Time-resolved optical characterizations of the PEO process pointed out a correlation between ignition of MDs and the dynamic of the surrounding gas bubbles at the oxide / electrolyte interface. Particularly, results proved the existence of inner MDs during the “soft” sparking regime. Secondly, a multi-scale characterization of the typical “pancake” structure formed during the transition to the “soft” regime revealed the formation of a lamellar nanocomposite structure consisting of periodical alternations of alumina and metastable 1:1 mullite lamellae. Finally, two new opportunities for the PEO process were explored. The feasibility of duplex treatment involving cold-spray and PEO technologies was demonstrated and the possibility to produce metallic oxide (nano-) particles was proposed

Ce travail de thèse porte sur l’amélioration des performances des capteurs de gaz à base de WO3 en s’intéressant particulièrement à l’effet de l’ajout des nanoparticules métalliques sur les propriétés de détection de ces dispositifs. La démarche a consisté à évaluer puis améliorer les performances des capteurs sous différents gaz oxydants et réducteurs. Deux approches ont été menées : une approche théorique qui consiste à modéliser la résistance du capteur sous gaz et une approche expérimentale qui consiste à modifier la surface des couches sensibles par des ajouts métalliques. Le modèle ainsi développé a permis de mettre en évidence les différents paramètres intrinsèques et structuraux de la couche sensible, sur lesquels il est possible d’agir pour améliorer les performances des capteurs. La deuxième approche a consisté à ajouter des nanograins métalliques. Cette méthode montre une grande efficacité sur les performances des capteurs. Les résultats obtenus avec les nanoparticules d’or montrent en effet une amélioration de la réponse, des temps de réponse et de recouvrement ainsi que du temps de stabilisation des capteurs sous ozone. Il en est de même pour les ajouts de nanoparticules d’argent et de palladium, même si les résultats sont différents. Dans le cas de l’ajout de nanoparticules de cobalt, un phénomène singulier se manifeste par l’inversion des réponses des capteurs dans certains cas. Cette propriété peut être exploitée pour la détection sélective de différents gaz, avec la même couche sensible modifiée par l’ajout de très faibles quantités de matière
This work focuses on improving the performance of WO3-based gas sensors with particular attention to the effect of metal additives on device sensing properties. The goal is to assess and improve the performance of sensors under different oxidizing and reducing gases. Two approaches have been taken: a theoretical approach which consists in the modeling of gas sensor resistance and an experimental approach which consists in modifying the surface of the sensitive layers by metal nanograins. The developed model allowed us to highlight the various intrinsic and structural parameters of the sensitive layer, in which it is possible to act to improve the performance of the sensors. The second approach is to add metallic nanograins. This method shows high efficiency on the sensor performance. Indeed, the results obtained with the gold nanoparticles show improved response, response and recovery times, and the time stabilization under ozone. It is the same for the additions of silver and palladium nanoparticles, even if the results are different. In the case of adding cobalt nanoparticles, a singular phenomenon is manifested by the sensor responses inversion in some cases. This property can be exploited for the selective detection of different gases, with the same sensitive layer modified by the addition of very small quantities of material

Etude par microscopie électronique en transmission et par diffraction de rayons X de la structure des couches minces Ni/Ag obtenues par pulvérisation cathodique. Les échantillons sont amorphes et biphasés pour une teneur de 0,5% en argent. Quand la concentration croît, la structure devient microcristalline. Préparation des couches amorphes Al Mn par pulvérisation cathodique. Obtention par irradiation électronique localisée de la phase quasicristalline décagonale T. Analyse par calorimétrie différentielle à balayage du comportement thermodynamique. Etude comparative avec d'autres alliages amorphes Pd Si, Ni P