Dépôt chimique en phase vapeur assisté par Plasma de couches mince de TiO2 dopées métal à basse température – PATIO

Les couches minces d'oxyde de titane anatase ont été largement étudiées en raison de leurs propriétés uniques: photocatalyse sous exposition aux UV, revêtements autonettoyant, anti-buée, anti-bactérien ... Divers procédés de dépôt compatibles avec des substrats de verre ont été développés: sol-gel, pulvérisation cathodique ou dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Ils nécessitent généralement une étape de chauffage au-dessus de 200 ° C, au cours de la croissance ou post-dépôt.

Le récent développement de l'électronique flexible et des cellules solaires ainsi que des films antibactériens a suscité une nouvelle demande pour des matériaux à propriétés conductrices transparentes (TCO) ou photocatalytiques pouvant être déposés à des températures compatibles avec des substrats polymères flexibles, typiquement inférieures à 80 ° C. Ces exigences nécessitent le développement de nouveaux matériaux et nouveaux procédés. Les couches minces de TiO2, de variété anatase, dopées par un élément métallique en quantité contrôlable sont potentiellement d'excellents candidats, en tant que TCO ou surfaces photocatalytiques. D'autre part, la technique de dépôt chimique en phase vapeur assistée par plasma (PECVD) est connue pour permettre le dépôt basse température de matériaux aux propriétés accordables.
L'objectif du projet PATIO est de développer une technique de dépôt PECVD pulsée, adaptée à la production en série, sur des substrats souples et thermiquement sensibles, de couches minces d'oxyde de titane cristallisé, dopées métal, aux propriétés ajustables.

Des couches minces d'anatase dopées au niobium et au tungstène seront déposées en plasma basse pression, à excitation radiofréquence, obtenu à partir de mélanges de vapeurs de précurseurs organométalliques de Ti et Nb ou W mélangées à de l'oxygène. Les résultats préliminaires obtenus dans le consortium ont montré que les films de TiO2 non dopé de variété anatase peuvent être déposés avec succès par PECVD à basse pression sur des polymères thermosensibles.

Tout d'abord, l'injection du dopant (jusqu'à 15% en composition atomique du film ciblé) sera optimisée et son effet sur le plasma sera évalué. En parallèle, la composition et la structure du film seront déterminées par spectroscopie XPS, XRD et Raman. L'effet de l'énergie des ions sur la structure du film sera particulièrement étudié.

Des plasmas pulsés seront ensuite mis en œuvre pour diminuer la température de dépôt tout en maintenant la structure cristalline anatase du TiO2. Les films de TiO2 dopés seront déposés sur des polymères rigides et souples. Leurs propriétés TCO et photocatalytiques seront évaluées. Une attention particulière sera portée sur l’étude de la conductivité électrique mesurée en flexion.

Enfin, les conditions retenues relativement au couple dopant / procédé, associant le meilleur niveau de performances en termes de température de synthèse et de propriétés des dépôts (TCO ou photocalytiques), seront transférées vers un réacteur équipé de rouleaux cylindriques dédié au dépôt au déroulé sur rubans de polymères.