REVETEMENTS%20DECORATIFS%20A%20BASE%20D

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REVETEMENTS DECORATIFS A BASE DOXYNITRURES

• Nicolas MARTIN

ENSMM Laboratoire de Microanalyse des Surfaces
(LMS) 26, Chemin de lépitaphe, F-25030 Besançon
Cedex
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Pourquoi des oxynitrures ?
- Nombreux travaux sur les oxydes et les
nitrures - Manque de connaissances sur les
oxynitrures - Nouvelles propriétés ?! -
Propriétés (dont la couleur) qui dépendent de
? ? Comment obtenir des films doxynitrures ?
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Voies daccès aux oxynitrures ?
Shima et al., 1999
Kurado et al., 2005
Pulvérisation réactive
Voie peu explorée !
Kerlau et al., 2004
Matthews et al., 2006
Fabreguette et al., 2000
Hirai et al., 2002
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Par pulvérisation réactive

• Méthode conventionnelle
• SiON ? Technologie sur Si
• Contrôle en retour des débits de O2 et N2
• ? SiON et TiON équipe W.D. Sproul - Advanced
  Energy
• Avec de leau plutôt que O2
• ? Thèse J.M. Chappé 2005 - ENSMM
• Mélange de gaz O2 N2
• ? Mo-, Ti-, ZrON équipe F. Vaz - Minho
• Par débit pulsé
• ? Fe-, Nb-, Ta-, Ti-, Zr-, WON projet
  HARDECOAT

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La méthode conventionnelle
Instabilités du procédé ? Hystérésis des
paramètres de dépôt ? Difficultés pour contrôler
le procédé ? Régime métallique ou de
composé e.g. TiO2, ZrO2, TiN, ZrN,
1 cible 1 gaz réactif

• Restriction dans la gamme de
• matériaux et de propriétés
• Alternatives connues
• Vitesse de pompage
• Contrôle en retour par SEO
• Alimentation pulsée

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1 cible 2 gaz réactifs
Procédé encore plus complexe ? 2 gaz réactifs à
contrôler Phénomène de piégeage ? Maintien
du régime composé ? les variations du débit X ou Y
Cas typique des oxynitrures ? Possibilité de
préparer - oxydes dopés N -
nitrures dopés O
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Des propriétés limitées
Vitesse de dépôt
Transmission optique
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Conductivité électrique
Composition
TiNO
O lt qques at.
TiO2N
N lt qques at.
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(No Transcript)
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1ère approche mélange O2 N2
Idée de base Mélange O2 N2 selon des
proportions guidées par la réactivité de O2 et N2
vis à vis du métal ? Approche thermodynamique
pour déterminer le bon ratio O2/N2 e.g.??Hf0 (Me
O)? gt ??Hf0 (Me N)? Objectif Faire varier
les concentrations en métalloïdes dans les
films ? Changement systématique de la quantité
de mélange introduite ? Paramètre clé débit
total injecté
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Application aux films de ZrON
Vitesse de dépôt et composition f(débit total)
Vitesse de pompage gt 300 L.s-1 ? Pas
dinstabilité du procédé Evolution continue et
contrôlée du nitrure à loxyde - de la vitesse de
dépôt - des concentrations de chaque élément en
fonction du débit total Rq Concentrations à
corréler avec la structure des films
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Conductivité et propriétés optiques f(débit
total)
?DC 103 à 1015 µ?.cm 12 ordres de grandeur !
Evolution progressive des couleurs des ZrON
1 seul paramètre débit total
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ZrON pour la décoration
- ZrON sur différents substrats (2D ou 3D) -
Couleurs dans la masse ou interférentielles selon
les O et N
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Bilan ZrON avec mélange O2 N2

• Choix du mélange
• ? proportion en gaz
• réactifs à affiner et figée
• Vitesse de pompage
• ? Limitation technique
• 3 voire 4 gaz réactifs ?
• ? complexité du procédé

• Simplicité du procédé
• Un seul paramètre clé
• ? le débit total
• Large gamme de couleurs
• et de propriétés du ZrN
• au ZrO2

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2ème approche par débit pulsé
Pourquoi pulser un gaz ? Quel gaz ? Forme du
signal ? Paramètres temporels ?
Idée alterner le procédé entre un régime oxydé
et nitruré But préparer un oxynitrure à
concentration variable en métalloïde Moyen la
technique RGPP
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• RGPP Reactive Gas Pulsing Process

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• Films de TiON avec signaux rectangulaires

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• Vitesse de dépôt

Pas dinstabilité du procédé Transition
graduelle du nitrure à loxyde Contrôle précis
de la vitesse de dépôt en maîtrisant la quantité
dO2 injectée (? ou tON)
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• Composition

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Propriétés électriques
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Propriétés optiques
? croissant de 0 à 40
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Transition graduelle du nitrure à loxyde pour la
même quantité dO2 injectée
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Couleurs
? croissant
Changement régulier des coordonnées
Lab Couleurs dans la masse pour ? lt
30 Couleurs interférentielles pour ? gt 30
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Avec dautres métaux Nb, Ta, Zr
Concentrations variables et contrôlées en
métalloïdes
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Pas seulement sur du verre
Sur supports déjà revêtus (poignées, aciers
traités, )
Sur polymères
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Conclusion

• Oxynitrures par pulvérisation réactive
• Méthode conventionnelle restriction en O et
  N
• Mélange de gaz paramètre clé débit total
  injecté
• Variation aisée du ratio O/N cas de ZrON
• Pb avec plus de 2 gaz réactifs et choix du
  mélange
• RGPP du nitrure à loxyde !
• Injection pulsée de plusieurs gaz
• Les oxynitrures
• Du métal à lisolant en passant par le
  semi-conducteur
• Eventail de propriétés optiques, électriques,
  mécaniques ...
• Couleurs dans la masse puis graduellement
  couleurs interférentielles

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En guise de perspectives

• Quest-ce quun oxynitrure métallique ?
• Pourquoi des propriétés entre le métal, le
  semi-conducteur et lisolant ?
• ? rôle de O et N ?
• ? connaissance de la structure ?
• Elargir encore la palette de couleurs (e.g.
  rouge, plus de brillance, )
• Extension à dautres systèmes avec le procédé
  RGPP
• e.g. MeCO, MeCNO, Me1Me2CNO,

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Remerciements
Pôle Verrier - EEIGM Nancy
Les 13 partenaires du projet et lUnion Européenne
Filipe VAZ Université de Minho