PNANO - PNANO : Nanosciences et nanotechnologies

Analyse quantitative de la microstructure de couches minces nanostructurées. Couplage diffraction des rayons X en haute résolution et diffusion centrale des rayons X sous incidence rasante – QMAX

Résumé de soumission

Dans beaucoup de procédés d'élaboration et de dispositifs, les propriétés obtenues sont gouvernées pour une large
part par les caractéristiques microstructurales des objets réalisés. Le but général de ce projet est de traiter le
problème de la caractérisation quantitative des nanostructures et de suivre quantitativement l'évolution de la
microstructure de couches minces nanostructurées en fonction de la température.
La diffusion des rayons X est utilisée depuis longtemps pour caractériser des échantillons de poudre, des matériaux
massifs ou encore des couches minces. L'accroissement continu de l'intérêt pour les nanomatériaux et les dispositifs
incluant ces nanomatériaux, implique que les effets de taille sont au centre de la compréhension des caractéristiques
de ces dispositifs. Par ailleurs, ces tailles très faibles rendent difficile l'interprétation directe du signal de diffusion.
Ceci est d'autant plus vrai que les nanostructures étudiées présentent une forte variabilité de taille et de forme. Cette
situation est en pratique couramment rencontrée.
Ce problème peut être partiellement résolu en combinant différentes méthodes de diffusion des rayons X et
notamment la diffusion des rayons X aux petits angles sous incidence rasante (DCRX-IR) et la diffraction des rayons
X en haute résolution (DRX-HR). La DCRX-IR est de la diffusion centrale et est donc sensible essentiellement aux
caractéristiques morphologiques (la forme, la taille et la distribution spatiale au sein des nanostructures), alors que
DRX-HR est sensible tant à la morphologie qu'aux caractéristiques cristallographiques (défauts cristallins et plus
généralement la microstructure). Le couplage de ces deux approches constitue le coeur du présent projet. Nous
proposons de réaliser un dispositif expérimental innovant couplant la DCRX-IR et la DRX-HR.
L'efficacité de cette plate-forme expérimentale à fournir des résultats pertinents dépend de la capacité à traiter et
modéliser les données. Le projet que nous présentons comporte donc aussi le développement d'un outil global
d'analyse des données en libre accès et incluant les derniers développements théoriques dans le domaine de la
diffusion des rayons X par les nanostructures. Le dispositif expérimental développé et le logiciel de traitement des
données couplé des données seront tous les deux mis à la disposition de la communauté française concernée.
Parallèlement, ces développements seront testés en étudiant des couches nanostructurées épitaxiées sur des
substrats d'oxydes.
Ce projet est porté par 3 groupes spécialisés dans le domaine concerné et a pour objectif de développer un
programme ambitieux d'instrumentation (couplant des développements en laboratoire et auprès de grands
instruments), concernant un goniomètre de très haute précision et un environnement d'échantillon à haute
température. Le défi posé par ce projet est de mettre en place les moyens permettant d'analyser quantitativement les
microstructures complexes qui régissent les propriétés des dispositifs modernes.
Les différentes phases de développement de ce projet sont donc :
- la réalisation à l'ESRF d'un goniomètre 6 cercles permettant des mesures aussi bien aux faibles qu'aux fortes
valeurs du vecteur du réseau réciproque.
- la construction d'un four permettant de suivre in-situ l'évolution de ces microstructures jusqu'à des températures très
élevées.
- la mise en place d'un ensemble d'outil de traitement des données
- l'application de cette démarche à des couches nanostructurées en prenant en particulier en considération les défauts
aux interfaces et dans les couches ainsi que l'évolution de ces défauts en fonction de la température.
Finalement, la ligne de lumière BM02 de l'ESRF offrira l'accès à un équipement constitué à la fois d'outils de mesures
et de moyens de traitement des données et permettant de caractériser une large gamme de matériaux nanostructurés

Coordination du projet

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Aide de l'ANR 0 euros
Début et durée du projet scientifique : - 0 Mois

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