Recherche de propriétés ultimes des couches minces de ZnO dopé : restructuration et dynamique de formation de défauts pilotés par laser – ULTRAZO

Les couches minces d’oxydes transparents conducteurs (TCOs) sont utilisées en tant que couches fonctionnelles dans de nombreuses applications tels que le photovoltaïque, les OLEDs, les écrans tactiles, ainsi que les vitrages pour l'isolation thermique et vont donc jouer un rôle clé dans la transition énergétique. Cependant, pour atteindre une bonne conductivité, une étape énergivore de recuit du système couche/substrat est utilisée lors de leur fabrication pendant laquelle il est difficile de décorréler les processus de cristallisation, de diffusion, d’activation des dopants et de formations de défauts qui ont lieu à différentes échelles de temps avec différentes énergies d’activation. Les grandes surfaces en TCOs indispensables pour couvrir tous ces besoins amplifient les questions environnementales et demandent le développement de procédés de fabrication haut débit avec des matériaux abondants et non toxiques, ainsi qu'une économie de ressources.
Le principal objectif scientifique du projet est de comprendre la dynamique des modifications locales induites par laser à différentes échelles de temps sur des couches minces de TCO hors équilibre. Dans le but de maitriser ces transformations, une sélection adaptée de faisceaux laser sera utilisée pour déposer l'énergie de façon très précise dans le temps et dans l'espace. Ces conditions adaptées permettront de minimiser les effets de diffusion ou de modification non souhaités du système. Un large spectre d’outils de caractérisation en temps réel (notamment pompe sonde) et d’outils de simulation (éléments finis, atomistiques) verront appuyer l’interprétation des phénomènes observés aux différentes échelles de temps.
Le projet est focalisé sur l'oxyde de zinc dopé aluminium (AZO), un matériau abondant et prometteur, mais la méthodologie est transposable à d'autres TCOs. Les connaissances développées dans le projet trouveront une application immédiate dans la fabrication de TCOs avec des performances hors du commun.