Oxydes Conducteurs Transparents et X-Chromes - inl.cnrs.frinl.cnrs.fr/gdr-oxyfun/files/workshop_TCO_Xchromes_15_16_octobre... · Oxydes Conducteurs Transparents et X-Chromes 15-16

Workshop du GDR OXYFUN

Oxydes Conducteurs Transparents et X-Chromes

15-16 Octobre 2015

Espace Mendes France-Poitiers

Organisateurs :

Fabien Paumier Institut Pprime, Poitiers,[email protected] Marie-Paule Besland, IMN, Nantes, [email protected]

Aline Rougier, ICMCB, Bordeaux, [email protected]

Workshop GDR OXYFUN, Oxydes Conducteurs Transparents et X-Chromes, 15-16 octobre 2015,

Espace Mendes France, Poitiers

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Les oxydes offrent des opportunités assez remarquables de coupler et de manipuler de nombreuses propriétés physiques : optiques, électriques, magnétiques, à travers leur composition et leur microstructure. Les Oxydes Conducteurs Transparents (TCOs) et les oxydes X-Chromes au sens large (thermochromes, électrochromes, photochromes…) présentent de nombreuses similitudes à travers leurs potentiels applicatifs. La plupart des applications envisagées pour ces matériaux sont basées sur leurs propriétés de transport(électronique et/ou ionique) et la diversité de leurs caractéristiques optiques, voir même la possibilité de commuter ces propriétés, comme par exemple une transition Métal Isolant. Dans l’approche classique des TCO, les transitions isolants-semiconducteurs sont accessibles via le dopage intentionnel ou par les défauts intrinsèques. Dans le cas des matériaux X-chromes la commutation est le résultat d’un stimulus extérieur (température, champs,…) et possède un caractère réversible.

L’optimisation de ces matériaux dépend bien évidement de la compréhension et du contrôle de leurs microstructures. Le développement toujours croissant de nouvelles voies d’élaboration et d’applications potentielles (capteurs de gaz, électronique transparente et flexible, écrans tactiles, DMS à base de TCO…) complexifie le besoin de comprendre ces oxydes sous des formes et des microstructures variées (cristal/amorphe, nanoparticules, nanofils, films minces…) et d’appréhender leur intégration dans les dispositifs.

Compte tenu de la variété des études menées au sein du GDR, ce workshop sera l’occasion de communiquer, d’échanger et de découvrir la grande variété des applications de ces oxydes au sein de la communauté française. Un des objectifs du GDR sera donc de faire un point sur l’élaboration et les derniers développements en matière d’analyse et de modélisation des propriétés optiques et/ou des mécanismes de conduction au sein de ces oxydes (amorphes, niveaux d’échelles, optique et électrons corrélés, semiconducteurs dégénérés, TCO de type p, transition MIT…).



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Workshop GDR CNRS OXYFUN - Oxydes Conducteurs Transparents et X-Chromes

15-16 Octobre 2015, Espace Mendes France-Poitiers

PROGRAMME

Jeudi 15 octobre 2015

9h-10h Accueil-Café

Heures Durée Titre Orateur

10 :00

45 How metal oxides innovation will promote device

(r)evolution?

Elvira FORTUNATO- Plénière

CENIMAT, Universidade Nova de

Lisboa, Portugal

10 :45

35 Oxydes Transparents et Conducteurs de type p

(p-type TCO) et films minces d’oxydes à structure delafossite.

Antoine BARNABE -invité

Université Paul Sabatier - Toulouse III CIRIMAT

CNRS UMR 5085 Institut Carnot

11 :20

25 Magnesium or Strontium doped Cuprous Oxide (Mg-

Sr:Cu2O) thin films as a transparent p-type semiconducting oxide

Stéphane BROCHEN Laboratoire des

Matériaux et du Génie Physique, Univ. Grenoble

11 :45

25 Films minces ZnO : Al de conductivité élevée sur de larges surfaces synthétisés sans assistance thermique

par pulvérisation impulsionnelle (HiPIMS).

David HORWAT Institut Jean Lamour

Nancy

12 :10 25 Atmospheric Spatial Atomic Layer Deposition: a new tool for the deposition of high quality TCO; the case

of p-Cu2O

David MUÑOZ-ROJAS LMGP INPMinatec

Grenoble

12 :35

REPAS

14 :00 35 Preparation and performances of WO3 and NiOx

based all solid state thin film electrochromic devices

Xungang DIAO invite Beihang University,

China

14 :35 35 Films minces thermochromes : Perovskites et oxydes

de Vanadium

Fabien CAPON- invité Institut Jean Lamour

CNRS-NancyUniversité-UPV Metz

15 :10 25 Thermochromic behavior of VO2-NPs stacks obtained from gas phase synthesized vanadium nanoparticles

Michael GAUDIN SPCTS

Université de Limoges

15 :35 25 Electrochromic performance of WO3 films in contact

with solid and liquid electrolytes during sodium intercalation

Manuel TRESSE Institut Jean Lamour

Université de Lorraine

16 :00 25 Electrochromic properties of Ni1-xO thin films Mathias DA ROCHA

ICMCB, Bordeaux

16 :25 Pause-café 17 :00 1h30 Session Poster

Repas 19h30



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PROGRAMME

Vendredi 16 octobre 2015

Heures Durée Titre Orateur

9 :00 35 Apport de l'Ellipsométrie pour la caractérisation des propriétés optiques des oxydes en couches minces,

exemple de couches minces à base d’oxyde de titane

Antoine GOULLET Invité Institut des

Matériaux Jean Rouxel, CNRS, Université de

Nantes

9 :35 35 Couches minces d'oxydes par pulvérisation GLAD Nicolas MARTIN-invité

Institut FEMTO-ST, CNRS, Besançon

10 :10 25 Une large gamme d’outils pour la caractérisation des

couches minces Celia OLIVERO Horiba Scientific

10 :35 Pause-café

11 :05 35 X-Chrome Materials: Interesting for Stimuli-

Sensitive Coatings in Aeronautic?

Sophie SENANI-invité Airbus Group

Innovations, Surface Treatment Engineering,

Suresnes

11 :40 25 Bolomètres non refroidis à base d'oxyde de

manganèse

Laurence MECHIN GREYC

Université Caen

12 :05 25 Elaboration de couches minces transparentes et

conductrices pour applications antennaires à faible impact visuel

Alexis MARTIN IETR UMR6164

IUT de Saint-Brieuc Université de Rennes

12 :30

REPAS

14 :00 35 Photonique UV à base de ZnO

et applications associée

Gilles LERONDEL invité Institut Charles

Delaunay, CNRS, Université de

Technologie de Troyes

14 :35 25 BiFeO3 sous forte contrainte compressive d’épitaxie :

polymorphes et microstructure

Frédéric Pailloux, SP2MI, Institut Pprime, Université de Poitiers

15 :00 25 Couches minces photochromiques Ag/TiO2

synthétisées par pulvérisation magnétron sur substrats flexibles

Daouda Keïta DIOP SP2MI, Institut Pprime, Université de Poitiers

15 :25 25 Sol-gel synthesis of delafossite CuBO2 nanoparticles and application in p-type dye-sensitized solar cells

Tengfei JIANG Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN), Université de Nantes

15 :50 Synthèse – Clôture du colloque



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Conférenciers Invités

Conférence Plénière Elvira Fortunato , CENIMAT, Universidade Nova de Lisboa, Portugal How metal oxides innovation will promote device (r)evolution? Conférences invitées Antoine Barnabé, Université Paul Sabatier - Toulouse III CIRIMAT CNRS UMR 5085 Institut Carnot Oxydes Transparents et Conducteurs de type p (p-type TCO) et films minces d’oxydes à structure delafossite Xungang Diao, Beihang University, China Preparation and performances of WO3 and NiOx based all solid state thin film electrochromic devices Fabien Capon, Institut Jean Lamour, CNRS-Nancy, Université-UPV Metz Films minces thermochromes : Perovskites et oxydes de Vanadium Antoine Goullet, Institut des Matériaux Jean Rouxel, CNRS, Université de Nantes Apport de l'Ellipsométrie pour la caractérisation des propriétés optiques des oxydes en couches minces, exemple de couches minces à base d’oxyde de titane Nicolas Martin, Institut FEMTO-ST, CNRS, Besançon Couches minces d'oxydes par pulvérisation GLAD Sophie Senani, Airbus Group Innovations, Surface Treatment Engineering, Suresnes X-Chrome Materials: Interesting for Stimuli-Sensitive Coatings in Aeronautic?

Gilles Lerondel, Institut Charles Delaunay, CNRS, Université de Technologie de Troyes Photonique UV à base de ZnO et applications associées



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How metal oxides innovation will promote device (r)evolution?

Elvira Fortunato, R. Branquinho, L. Santos, D. Salgueiro, P. Barquinha, L. Pereira and R. Martins

Departamento de Ciência dos Materiais, CENIMAT/i3N, Faculdade de Ciências e Tecnologia - Universidade Nova de Lisboa and CEMOP/Uninova, 2829-516 Caparica, Portugal, [email protected]

Before starting this presentation I just like to remind you that 10 years ago it was IMPOSSIBLE to use a metal oxide as a semiconductor. NOW we have companies selling products, especially in the display and ICT areas facing the needs to new generation of devices. But science is dynamic, and as a researcher we are always unsatisfied and we need to discover new solutions not only for existing problems but also for predicting the future. This is the big challenge where MATERIALS SCIENCE in conjunction with NANOTECHNOLOGY is pushed to the limit.

To decrease costs associated to electronic devices a strategy is using cheap and abundant materials in conjunction with low cost fabrication methods, associated to an overall increase of electrical performance.

Metal oxides (MO) are chemically stable, mostly non-toxic and abundant materials, often manufactured by low cost methods, under ambient conditions. Consequently, devices made of MO are inexpensive, very stable and environmentally safe, the 3 most important requirements for electronics.

In many ways, oxides are unique materials. Despite being explored for more than a century for electronic applications, from the initial works of Badeker in 1907 with CdO to the cutting edge IGZO available these days in active matrix backplanes of flat panel displays, oxides still present an exceptional and innovative combination of properties not achievable by any other material class. In fact, they are true multifunctional materials, being able to exhibit optical transparency, conducting / semiconducting / insulating behaviour, piezoelectricity and catalytic or self-cleaning properties among many others.

1st generation - pre 2007 Transparent conductive material (TCOs)

2nd generation 2007 - 2015 Transparent devices (TFTs and solar cells)

3rd generation 2015 - 2020 Transparent systems Real estate electronics

Passive matrix LCDs Solar cells

Transparent backplanes Display panels UV sensors & Imagers

Transparent solar cells Transparent CMOS, ICs Transparent RFIDs, smart cards

4th generation – post 2021 Multifunction devices More than Moore

Smart displays Biosensors/Test diagnostics Integrated ubiquitous systems



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In this presentation we will review some of the most promising new technologies based on oxide conductors, semiconductors, dielectrics as well as electrochromic devices either in the form of nano-films or nanoparticles, and we will summarize the major milestones already achieved with this emerging and very promising technology focused on the work developed in our laboratory.

By using these materials and technologies we are contributing to the evolution of environmentally conscious electronics that is able to add new electronic functionalities onto surfaces, which currently are not used in this manner.

- E. Fortunato, P. Barquinha, and R. Martins, "Oxide Semiconductor Thin-Film Transistors: A Review of Recent Advances," Advanced Materials, vol. 24, pp. 2945-2986, Jun 12 2012.

- P. Barquinha, R. Martins, L. Pereira and E. Fortunato, Transparent Oxide Electronics: From Materials to Devices. West Sussex: Wiley & Sons (March 2012). ISBN 9780470683736.



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Oxydes Transparents et Conducteurs de type p (p-type TCO) et films minces d’oxydes à structure delafossite.

Antoine Barnabé

Université Paul Sabatier - Toulouse III CIRIMAT CNRS UMR 5085 Institut Carnot

118 route de Narbonne, 31062 TOULOUSE Cedex 9 [email protected]

Les films minces d’oxydes métalliques sont des matériaux de première importance pour l’industrie de l’électronique. Ils ouvrent aujourd’hui de nouveaux champs d’applications dans le domaine des micro-, nano-technologies, en particulier avec les conducteurs transparents (TCO) et les capteurs de gaz. Les matériaux p-TCO qui sont à la fois transparents dans le visible et semi-conducteurs de type p, correspondent à une classe excitante de matériaux qui est la clef de voute de l’électronique transparente, nouvelle industrie à fort impact socio-économique potentiel. A ce jour, la plupart des matériaux TCO étudiés sont de type n et les films minces à structure delafossite dérivés de CuAlO2 sont parmi les rares matériaux p-TCO. La première partie de cette présentation sera consacrée à un bref descriptif de ces quelques matériaux p-TCO ainsi que leurs difficultés d’élaboration dans des conditions compatibles avec l’utilisation de substrats transparents à bas couts. La seconde partie de cet exposé sera plus focalisée sur les travaux menés depuis quelques années au CIRIMAT sur les films minces d’oxydes à structure delafossite de formulation CuMO2. Lors de ce travail, en assimilant un bâti de pulvérisation cathodique à un réacteur chimique, il a été possible d’obtenir ce type de matériaux en contrôlant la réduction in-situ d’une cible céramique à structure delafossite CuMO2 avec M = Fe, Cr. L’ajustement des paramètres de dépôt, i.e. le réglage des conditions de température et de pression partielle en oxygène qui à leur tour, conditionnent la stœchiométrie, la nature, la microstructure et donc les propriétés physico-chimiques des phases constitutives des films seront présentés en détail. La détermination des porteurs de charge majoritaire par différentes techniques (effet Hall, modélisation optoélectronique, coefficient Seebeck ou sensibilité au dioxyde de carbone) sera également présentée. Des films minces CuMO2±δ ont ainsi pu être élaborés à basse température. De fortes concentrations de trous de 1019-1021 cm-3, de faibles mobilités de 0.2 cm2V-1s-1, une largeur de bande interdite de 3.3 eV et un indice de réfraction de 2.3 à 1100 nm ont pu être déterminés sur une couche de CuCrO2 dopée au Mg. Ces films présentent de bonnes propriétés p-TCO avec des conductivités de l’ordre de 1.6 S.cm-1 associées à des transparences supérieures à 63%. Toutes ces caractéristiques optoélectroniques permettent d’obtenir le plus fort facteur de mérite de Haacke (FOM = 1.5 10-7Ω-1) reporté à ce jour pour des phases de type Delafossite. Ce travail contribue à une meilleure compréhension des réactions complexes qui apparaissent lors de la formation des phases delafossite dans le but de développer une méthode versatile de préparation de films minces d’oxydes nanostructurés fonctionnels.



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Preparation and performances of WO3 and NiOx based all solid state thin film electrochromic devices

Xungang Diao

Electrochromism Center, School of Physics and Nuclear Energy Engineering, Beihang

University, Beijing, 100191, China

Driven by some industrial applications, we have developed two types of all solid thin film electrochromic devices based on tungsten and nickel oxides: laminated inorganic/organic glass devices and monolithically all inorganic multilayered devices on flexible plastic films or glasses substrates. The devices have shown some good properties and performances on coloration difference, response time, cost effectiveness, large area fabrication homogeneity, etc. But they also have some critical problems such as cycling lifetime, degradation and so on. The problems have drawn us to be more interested in intensive studies on the devices in various aspects in order to overcome all the problems and obtain better performance devices.



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Films minces thermochromes : Perovskites et oxydes de Vanadium

Capon F.1, Aurelien D.1, Boileau A.1, Haye E.1, Pierson J.F.1, Barrat S.1,

Mercs D.2 1 : Institut Jean Lamour

2 : Viessmann Faulquemont SAS L’effet thermochrome est un phénomène qui se produit lorsqu’on soumet un matériau à des variations de température, il se traduit par un changement de couleur de celui-ci à une température dite température de transition. Plusieurs types de thermochromes existent comme les cristaux liquides, les colorants, l’iodure de cuivre et de mercure (Cu2HgI4), le dioxyde de vanadium (VO2), certaines perovskites type REMO3 (avec RE : terre rare et M : métal de transition)… L’effet thermochrome dans les perovskites de terres rares REMO3 sera abordé pour les nickelates M=Ni, les cobaltites M=Co et les manganites M=Mn. L’intérêt d’utiliser une terre rare (RE) est dû à la diminution de la taille du cation le long de la ligne des lanthanides. Cette diminution produit des effets de distorsion de la maille et de profondes modifications dans les propriétés électriques et optiques. Nos pérovskites ont été synthétisées sous la forme de films minces par le procédé de pulvérisation cathodique utilisant une atmosphère réactive. Concernant les outils mis en œuvre pour leurs caractérisations, la transition a été mise en évidence par la méthode dites des 4 pointes et par spectrométrie FTIR à différentes températures dans la gamme 80-900K. L’effet thermochrome est situé dans l’infrarouge, ce qui permet d’envisager l’emploi de ces pérovskites dans des dispositifs permettant de moduler le rayonnement thermique. Par exemple, elles peuvent être déposées sur la surface d’un satellite pour réguler sa température ou être utilisées pour la furtivité infrarouge afin de leurrer les caméras thermiques. Le contrôle thermique qui permet de gérer automatiquement le transfert de chaleur émissive sans l’aide de tout instrument électrique a fait l’objet de nombreuses études à l’Institut Jean Lamour dans l’équipe couche mince. Dans le cadre d’une collaboration industrielle, nous avons utilisé nos compétences dans le domaine des pérovskites pour mettre au point une couche sélective solaire à base de VO2 compatible avec un process industriel de capteur solaire thermique. Les résultats ont permis la mise sur le marché d’un nouveau capteur solaire « intelligent » qui résout les problèmes de surchauffe du fluide caloporteur.



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Apport de l'Ellipsométrie pour la caractérisation des propriétés optiques des oxydes en couches minces, exemple de couches minces

à base d’oxyde de titane

Antoine Goullet

Institut des Matériaux Jean Rouxel, CNRS UMR 6502, Université de Nantes

L’ellipsométrie est une technique de caractérisation puissante pour déterminer les propriétés optiques d’un large éventail de matériaux. Cette méthode permet aussi d’extraire avec précision les épaisseurs des couches minces associées et d’accéder à des informations complémentaires en lien avec leur morphologie, composition et structure. Après une présentation générale de la technique de l’ellipsométrie et de l’analyse des données expérimentales, quelques exemples de matériaux oxydes seront présentés, avec des résultats extraits de la littérature. La deuxième partie de la présentation sera consacrée à l’étude de couches minces d’oxyde de titane et d’oxyde mixte de titane et silicium déposées à l’Institut des Matériaux Jean Rouxel de Nantes (IMN –UMR 6502) par CVD assistée par plasma (PEVCD) pour des applications optiques et électriques. Les couches minces à base d’oxyde de titane possèdent des propriétés remarquables pour des applications photocatalytiques, électriques et optiques. Le caractère transparent de TiO2 sur le spectre visible et son indice de réfraction élevé sont des éléments essentiels pour des applications type filtre optique multi-couches, ou composant à base de guide d’onde optique. Parmi les différentes méthodes utilisées pour la synthèse de ces couches minces, la technique de dépôt PECVD, largement utilisée dans l’industrie des semiconducteurs et de composants pour l’optique, permet généralement de déposer à basse température (<150°C) des matériaux de bonne qualité aux propriétés finement contrôlées. Des couches minces de TiO2 ont été ainsi déposées à partir d’un précurseur organométallique (TTIP) fortement dilué dans un plasma d’oxygène. L’évolution de la morphologie et de la structure de ces matériaux en fonction des conditions de procédé de dépôt est en accord avec l’analyse des données ellipsométriques. Des matériaux oxydes mixtes TixSi1-xO2 ont aussi été synthétisés par PECVD afin de moduler les propriétés optiques et électriques et de corriger des limitations observées sur les couches minces de TiO2.



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Couches minces d’oxydes par pulvérisation GLAD

Nicolas Martin

Institut FEMTO-ST 15B, avenue des montboucons

25030 BESANCON Cedex, France [email protected]

https://sites.google.com/site/sitenicolasmartin/ Des efforts importants sont actuellement consacrés aux techniques de structuration de surfaces et de films minces. Qu’elles soient basées sur des processus d’origine physique ou chimique, elles sont fortement dépendantes des conditions opératoires et de leur mise en œuvre. C’est particulièrement le cas des dépôts physiques en phase vapeur, et notamment de la pulvérisation cathodique. Selon les paramètres expérimentaux et le matériau déposé, des structures fibreuses, colonnaires ou encore à grains équiaxes peuvent être obtenues. De plus, en fonction du milieu réactif ou inerte mis en jeu, la nature même de la surface produite peut être modifiée. La motivation de cet exposé est donc de présenter une voie originale de structuration de surfaces : la technique GLAD (GLancing Angle Deposition) [1]. Elle consiste à déposer un film mince sous incidence oblique sur un substrat fixe ou animé d’un mouvement de rotation. Par un phénomène d’ombrage se produisant à l’échelle atomique, un contrôle précis de la structure des films est obtenu à des dimensions de l’ordre de quelques dizaines de nanomètres. Des architectures relativement complexes et variées peuvent alors être produites (colonnes inclinées, zigzags, spirales …) avec une diversité de matériaux incluant des métaux, des isolants ou encore des semi-conducteurs. L’impact direct de cette voie de structuration des films minces conduit à élargir la gamme de leurs propriétés par rapport à leurs homologues déposés par méthode conventionnelle. Une analyse non-exhaustive des propriétés optiques et électriques d’oxydes à base de titane, de tungstène ou encore de vanadium est finalement proposée.

Mots clés: Structuration, architectures, incidence oblique. [1] K. Robbie et al., J. Vac. Sci. Technol. A15(3) (1997) 1460.



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X-Chrome Materials: Interesting for Stimuli-Sensitive Coatings in Aeronautic?

Sophie Senani*(1), Marie-Paule Guillou(1), Jean-François Létard(2), Catherine Druez (1)

(1) Airbus Group Innovations, Metallic Technologies and Surface Treatment

Engineering, Suresnes, France (2) OliKrom, 16 avenue PeyBerland, 33000 Pessac, France

* contact: - [email protected] Because of their very light weight, excellent in-plane properties and high specific strength, fiber-reinforced composites with polymeric matrices have found many uses in structural applications. Despite this success, over a certain threshold of impact energy or prolonged-time exposition at relatively high temperature could lead to internal damages in the composite. Adding to the problem, such damages can be barely visible, necessitating the use of expensive and high time-consuming ultra-sonic non-destructive inspection. Thus constant growing use of CFRP on aircraft rises up new challenges of non-destructive testing for structural parts health-monitoring to implement for daily inspection in FAL (Final Assembly Line) or during service life. Otherwise, use of composite parts would be limited the near hot areas, like engines. How TX-Chrome materials could answer these complex questions? Additional “visible” detection system on composite parts will allow focusing ultra-sonic inspection only areas required. Investigations to develop a new thermo-sensitive coating will be exposed. The challenge here, is to obtain a coating not only able to highlight part’s area exposed above critical temperature, but also to fulfill aeronautic requirements adding highly severe constrains about adhesion performance or life time of the coating. To the best of our knowledge, such coatings are not available on the market.



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Photonique UV à base de ZnO et applications associées

Gilles Lerondel

Institut Charles DelaunayICD/LNIO, University of Technology of Troyes, CNRS, Université de Technologie de Troyes

A wide direct band gap, a large exciton binding energy and a relatively high refractive index, are only a few of the intrinsic properties making zinc oxide extremely relevant for UV photonics and related applications. Despite the numerous studies on ZnO since the first observation of room temperature UV stimulated emission [1], resonant light-matter interaction via periodic patterning at the emission diffraction limit (∽100nm), still remains largely unexplored for both thin films and nanostructures. We will here review our recent work on ZnO based UV photonics. First of all, the observation of random lasing [2] and high gain and low loss [3] in epitaxial thin films will be discussed. It will then be shown how high gain and low loss can be used for a new kind of efficient optical energy transfer between ZnO and ultrathin luminescent films [4]. Then issues in the top-down patterning of epitaxial thin films and bottom-up assisted chemically bath deposition will be also considered. While resonant patterning is desirable for full control of the spontaneous emission rate, micron scale structuring combined with in-plane waveguiding can also lead to enhanced stimulated emission i.e. lower threshold and higher internal quantum efficiency [5]. Similarly micro and nanoscale heterostructured material [6] can lead to both efficient light scattering and large specific surface. Waveguiding and scattering enhanced properties are especially relevant for solid state lighting and sensing applications.

Figure: ZnO based UV photonics, stimulated emission (top-left), photonic crystals (top-right and bottom-left), MIS device (bottom-right) and microdisks (central). Reprinted from K. Nomenyo PhD UTT.



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[1] D. Bagnall et al. “Optically pumped lasing of ZnO at room temperature“ Appl. Phys. Lett. 70(17) 2230 (1997) [2] P.-H. Dupont et al. “Waveguiding-assisted random lasing in epitaxial ZnO thin film“Appl. Phys. Lett. 97, 261109 (2010) [3] A.-S. Gadallah et al. “Stimulated emission from ZnO thin films with high optical gain and low loss” Appl. Phys. Lett. 102, 171105 (2013) [4] R. Aad et al. “Efficient Pump Photon Recycling via Gain-Assisted Waveguiding Energy transfer” ACS Photonics, 1 (3), 246 (2014) [5] K. Nomenyo et al. “Enhanced stimulated emission in ZnO thin films using microdisk top-down structuring“ Appl. Phys. Lett. 104, 181104 (2014) [6] A. Gokarna, et al. “Highly crystalline urchin-like structures made of ultra-thin zinc oxide nanowires” RSC Adv., 4, 47234 (2014)



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Présentations orales - Magnesium or Strontium doped Cuprous Oxide (Mg-Sr:Cu2O) thin films as a transparent p-type semiconducting oxide, J. L. Deschanvres1, J. Resende1, Stéphane Brochen1, L. Bergerot1, C. Jiménez1, N. D. Nguyen2, Laboratoire des Matériaux et du Génie Physique, Univ. Grenoble Alpes

-Films minces ZnO : Al de conductivité élevée sur de larges surfaces synthétisés sans assistance thermique par pulvérisation impulsionnelle (HiPIMS), David Horwat, Institut Jean Lamour -Atmospheric Spatial Atomic Layer Deposition: a new tool for the deposition of high quality TCO; the case of p-Cu2O, David Muñoz-Rojas, LMGP Grenoble INP-Minatec 3 parvis Louis Néel - Thermochromic behavior of VO2-NPs stacks obtained from gas phase synthesized vanadium nanoparticles, Michael Gaudin, SPCTS Université de Limoges / CNRS UMR 7315 - Electrochromic performance of WO3 films in contact with solid and liquid electrolytes during sodium intercalation,ManuelTresse, Institut Jean Lamour - Université de Lorraine - Electrochromic properties of Ni1-xO thin films, Mathias Da Rocha, ICMCB, Bordeaux - Une large gamme d’outils pour la caractérisation des couches minces, Celia Olivero, Horiba Scientific - Bolomètres non refroidis à base d'oxyde de manganèse, L. Méchin, B. Guillet, S. Liu, A. Aryan, V. Marques do Nascimento, M.E. De Barros Gomes, GREYC Caen - Elaboration de couches minces transparentes et conductrices pour applications antennaires à faible impact visuel, A. Martin, X. Castel, O. Lafond, M. Himidi IETR UMR-6164 / IUT de Saint-Brieuc, 18 rue Henri Wallon, 22004 SAINT-BRIEUC - BiFeO3 sous forte contrainte compressive d’épitaxie : polymorphes et microstructure, F. Pailloux1*, W. Saidi1, G. Taillepied1, M. Bibes2, A. Barthélémy2, M. Couillard 3, G.A. Botton3 et J. Pacaud1,Institut Pprime, UPR3346, 86962 Futuroscope-Chasseneuil, France,2 Unité mixte de Physique, UMR 137, 91767 Palaiseau, France 3CCEM, Brockhouse Institute for Materials Research, Hamilton-Ontario L8S4M1, Canada - Couches minces photochromiques Ag/TiO2 synthétisées par pulvérisation magnétron sur substrats flexibles, Daouda Keïta Diop, SP2MI, Institut Pprime, Université de Poitiers - Sol-gel synthesis of delafossite CuBO2 nanoparticles and application in p-type dye-sensitized solar cell, Tengfei Jiang, Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN), CNRS, UMR 6502, Université de Nantes



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Magnesium or Strontium doped Cuprous Oxide (Mg-Sr:Cu2O) thin films as a transparent p-type semiconducting oxide J. L. Deschanvres1, J. Resende1, S. Brochen1, L. Bergerot1, C. Jiménez1, N. D.Nguyen2 1 Laboratoire des Matériaux et du Génie Physique, Univ. Grenoble Alpes, LMGP, F-38000 Grenoble, France; CNRS, LMGP, F-38000 Grenoble, France 2 Department of Physics, Université de Liège, Belgium Oxide electronics is an important emerging area, notably for the development of transparent thin film transistors (TFTs) and other complex electronic circuits. The successful application of n-type oxides to TFTs has motivated the interest in p-type oxide based semiconductors, also to be applied to TFTs or to complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) technology. However, until now there is a lack of p-type oxide semiconductors with performance similar to that of n-type oxide. Among the different metallic oxides, Cu (I)-based oxides exhibit one of the lowest ionic characters. These compounds are therefore one of the most promising candidates as p-type transparent semiconductors. Nevertheless, the band gap of 2,17eV is modest for transparent electronics applications, since the transmittance of Cu2O films is low on the visible part of the light spectrum. The incorporation of cations with large radii than Cu has been proposed as a way to achieve a higher band gap [1]. The distortion of the crystallographic systems and the consequence diminishing of three-dimensional Cu-Cu interactions increase the band gap, only possible with larger cations than Cu+. The use of “electronically inert” dopants is additionally relevance, in order to avoid the hybridization of the valence band/conduction band edge states or the introduction of in-gap states. Therefore, cation doped Cu2O thin films were grown by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD). Two doping elements studied (Sr2+, Mg2+) were selected having in account theoretical predictions for the band structure [1] and the deposition conditions of Cu2O. The optimization of the growth conditions was performed by a detailed characterization study using a wide range of standard physicochemical analysis techniques (X-ray diffraction; scanning and transmission electron microscopy; energy- and wavelength-dispersive X-ray, Fourier-transform infra-red and Raman spectroscopies), which were complemented by electronic transport analysis (4-probe and Hall effect measurements) as well as optical transmittance spectroscopy measurements. Thereby, the sample electrical properties, such as the resistivity, carrier density and mobility, as well as the acceptor ionization energy, were determined as a function of the strontium content. The role of post-deposition annealing treatment on the residual compensating donor concentration, leading to an increase of the density and of the mobility of the free carriers (holes), is also discussed. Cu+O:Sr thin films were obtained, with free hole densities higher than 1E17 cm-3 and resistivitybelow 1 Ohm.cm at room temperature, opening the way to their integration into optoelectronic devices. [1] Nolan, Michael, and Simon D. Elliott. "Tuning the transparency of Cu2O with substitutional cation doping."Chemistry of Materials 20.17 (2008): 5522-5531.



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Films minces ZnO : Al de conductivité élevée sur de larges surfaces synthétisés sans assistance thermique par pulvérisation impulsionnelle (HiPIMS).

David Horwat, Institut Jean Lamour L'oxyde de zinc dopé par de l'aluminium (ZnO : Al ou AZO) est un conducteur électronique transparent qui, sous forme de films minces, peut être utilisé comme électrode transparente de systèmes électro-optiques. Pour des applications réelles, une conductivité élevée sur de larges surfaces est généralement requise simultanément à une transparence élevée dans le domaine du visible. L’émergence de l'électronique transparente et de systèmes électro-optiques sur supports souples, rend nécessaire le développement de méthodes de synthèse à basse température de films AZO de haute performance. La pulvérisation cathodique magnétron est une technique de référence pour la synthèse de films AZO du fait, notamment, de la possibilité de l'adapter facilement à l'échelle industrielle. Malheureusement, en absence d'assistance thermique, les films minces AZO synthétisés par pulvérisation cathodique présentent une distribution importante des propriétés de conduction électronique en fonction des paramètres de synthèse (composition de la phase gazeuse et position) [1]. Il a été montré que les propriétés des films AZO peuvent être améliorées en utilisant la pulvérisation cathodique impulsionnelle (HiPIMS) [2]. Cette méthode utilise des pulses courts de forte densité de courant produisant une phase vapeur avec une proportion importante d'atomes ionisés. Cette présentation montre l'intérêt de la méthode HiPIMS pour synthétiser des films de conductivité électronique élevée sur de larges surfaces. Des mesures de structure électronique par absorption des rayons X ont permis de mettre en évidence une corrélation directe entre la distribution des propriétés de conduction électronique et d'activation du dopant Al [3,4]. Un mécanisme de désactivation du dopant est proposé dans le cas la pulvérisation cathodique conventionnelle. Il intervient en complément du mécanisme de compensation des dopants généralement proposé pour expliquer la dégradation des propriétés électriques des films AZO. Un modèle de minimisation de ces mécanismes est proposé dans le cas des films synthétisés par HiPIMS. [1] D. Horwat, A. Billard, Thin Solid Films 515 (2007) 5444 [2] F. Ruske, et al., Thin Solid Films 516 (2008) 4472 [3] D. Horwat et al., J. Phys. D :Appl. Phys. 43 (2010) 132003 [4] M.Jullien et al. Sol. Energ.mat. Sol. C. 95 (2011) 2341



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Atmospheric Spatial Atomic Layer Deposition: a new tool for the deposition of high quality TCO; the case of p-Cu2O

David Muñoz-Rojas, LMGP Grenoble INP-Minatec 3 parvis Louis Néel

In this communication, I will introduce a novel technique, namely, atmospheric spatial atomic layer deposition (SALD) that allows the fast deposition of high quality oxides such as p-type Cu2O at ambient pressure. Then I will show how SALD has allowed us to deposit phase pure, dense Cu2O thin films on glass and polymer substrates of over a >10 cm2 area, at 150-225 ˚C. SALD Cu2O has carrier mobilities of up to around 5 cm2V-1s-1 and carrier concentrations of ~1016 cm-3 for films 50 - 120 nm thick. Growth rates are ~1 nm·min-1, which is two orders of magnitude faster than for Cu2O growth via conventional ALD. The high mobilities achieved using the atmospheric, low temperature method represent a significant advance for flextronics and flexible solar cells which require growth on plastic substrates. SALD is thus a very promising technique for the low-cost fabrication of Cu2O based transparent electrodes.



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Thermochromic behavior of VO2-NPs stacks obtained from gas phase synthesized vanadium nanoparticles Michael Gaudin, SPCTS Université de Limoges / CNRS UMR 7315 Our work is focused on metallic vanadium nanoparticles (V-NPs) stacks and vanadium nanoparticles (V-NPs embedded in matrix made using a specific free nanoparticles (NPs) generator coupled to a Pulsed Laser Deposition (PLD) set-up. This process uses two lasers, respectively, a green Nd-YAG laser (532 nm, 7 ns) for NP synthesis and an excimer laser (248 nm, 25 ns) for the PLD matrix. Intrinsic particularities of the process, a very narrow metallic-NP size distribution centered on 3-5 nm is confirmed by high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and atomic force microscopy (AFM). The deposited thin films were post-annealed to synthesize VO2 films. Vanadium dioxide (VO2) exhibits a first order insulator to metal transition at 68°C, under external stimuli such as heating, strain or electrical voltage or current, an abrupt change in its resistivity and near-IR transmission. Due to the high porosity (about 50% of the bulk) of the material coupled with the high chemical reactivity of the NPs, V-NPs oxidation under 3.10-2 mbar oxygen pressure, at 300°C during 10 min leads to VO2-NPs on various substrates: c-Al2O3, MgO, glass. The optical and electrical behavior of VO2-NPs-stacks presents a lower transition temperature (≈50°C) and a larger hysteresis (20-30°C), confirming the specificity of the nanoobject stacks.



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Electrochromic performance of WO3 films in contact with solid and liquid electrolytes during sodium intercalation Manuel Tresse, Institut Jean Lamour - Université de Lorraine Electrochromic devices based on the mobility of sodium could be “fully ceramic” and entirely synthesized by magnetron sputtering. These devices are multilayers systems allowing a regulation of the optical transmittance. The successful combination of different functional layers in an electrochromic system requires carefully studying and optimizing the electrochemical processes in action at the interfaces between the different functional layers. This can be achieved by a combination of optical, microstructural and electrochemical analyzes of partial and complete devices. Tungsten oxide, WO3, films have potential application as electrochromic film coating due to their ability to color themselves, when a voltage is applied, by cations intercalation. Usually, protons H+ or lithium ions Li+ are used. The advantages of using sodium ion Na+ are better stability regarding humidity (no presence of protons) and use of a more efficient solid electrolyte. In order to determine the electrochromic properties of the film, electrochemical analyzes were performed on films of WO3, synthesized by sputtering on a transparent and conductive indium-tin oxide (ITO). The electrochemical monitoring during chemical intercalation of sodium ions was carried out by cyclic voltammetry and chronoamperometry in an aqueous solution of Na2SO4 (0.1M) and in ionic liquid (BePipTFSI). In addition, the in-situ evolution of the film transmittance was realized. A good reproducibility of the electrochemical and optical transitions was observed in ionic liquid while a degradation of the layers occurred in aqueous solution, probably caused by the chemical reactivity of WO3 towards water.



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Electrochromic properties of Ni1-xO thin films

Mathias Da Rocha

ICMCB, Bordeaux

NiO is a well known anodic electrochromic (EC) material showing optical modulation in the visible under electrochemical oxidation and reduction. Electrochromism in NiO thin films is rather complicated although it is generally accepted that the transition from a colored to a bleached state is related to a charge-transfer process between Ni2+ and Ni3+. Commonly associated in inorganic EC devices, the WO3/NiO combination allows the fabrication of neutral color devices as a result of the superimposition of the brownish color and the blue color of NiO in the oxidized state and WO3 in the reduced state respectively. Nevertheless, this combination still suffers from the different stabilities of both oxides in acidic and basic media. Among others, one reason for discrepancies in NiO EC behavior results from the varieties of the synthesis methods leading to NiO thin films showing significant differences in morphology, crystallinity and stoichiometry. Ni1-XO thin films were deposited by sputtering deposition on ITO-glass substrate. The influence of various partial pressures of O2 during the deposition on the stoichiometry, morphology and crystallinity of Ni1-xO thin films was studied and correlated to their EC behavior. For example, an increase in O2 partial pressure leads to an increase of Ni3+/Ni2+ associated with a brownish coloration of the films. Moreover, the comparison of the electrochemical properties of Ni1-xO thin films cycled in lithium based and lithium free ionic liquid electrolytes, shows various mechanisms whereas optical contrast from colorless to brownish remains in all cases. Such observation suggests that the origin of the electrochromic effect is not only correlated to the de-insertion/insertion of small ions but also to surface phenomena. In this presentation, through a careful investigation of cycling conditions as well as electrolytes nature, the electrochromism in non stoichiometric Ni1-xO thin films will be discussed.



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Une large gamme d’outils pour la caractérisation des couches minces Celia Olivero, Horiba Scientific Les couches minces d’oxydes transparents et des X-Chrome requièrent un large nombre d’outils de caractérisation, de leur élaboration à l’étude de leurs propriétés en passant par le procédé de dépôt. Une revue des informations fournies par les techniques proposées par Horiba Scientific sera présentée: La granulométrie informera sur la taille des particules dans l’étape de formulation. L’identification chimique, les contraintes structurelles pourront être observées via la spectrométrie Raman et ce, en imagerie dimensionnelle à différentes étapes de l’élaboration. Les épaisseurs de films et leurs propriétés optiques seront caractérisées par ellipsométrie avec la possibilité d’étude sous influence de variation de champs électriques ou de température. Les profils de composition chimique indiquant des phénomènes de diffusion ou/et des effets aux interfaces seront déterminés par spectrométrie à décharge luminescente RF (tout matériau conducteur ou non conducteur). – RF-GDOES, PP-TOFMS Le couplage AFM-Raman apportera des informations sur les propriétés magnétiques, électriques et mécaniques à l’échelle nanométrique additionnellement aux bénéfices de topographie et d’identification chimique. La nano cathodoluminescence permettra la localisation de défauts structurels tout en accédant à certaines propriétés électriques et optiques.



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Bolomètres non refroidis à base d'oxyde de manganèse L. Méchin, B. Guillet, S. Liu, A. Aryan, V. Marques do Nascimento, M.E. De Barros Gomes GREYC Caen Les oxydes de manganèse présentent de nombreuses similitudes avec les Oxydes Conducteurs Transparents (TCOs) et les oxydes X-Chromes à travers leurs potentiels applicatifs. Nous présenterons nos résultats obtenus sur La0.7Sr0.3MnO3, notée LSMO, matériau qui présente une transition métal-isolant à la température ambiante, ce qui entraîne une variation de résistance électrique importante en fonction de la température. Grâce à l’obtention de couches minces épitaxiées de très bonne qualité sur silicium, soit par ablation laser (PLD) au GREYC, soit par épitaxie à jets moléculaires (MBE) réalisées grâce à une collaboration avec l’université de Cornell aux USA, nous avons évalué les potentialités du LSMO pour réaliser des bolomètres non refroidis et des magnétorésistances à faible champ magnétique. Dans ce cadre, nous présenterons un résumé de nos résultats (croissance épitaxiale de ces couches minces sur silicium, mesures des propriétés électriques DC et du bruit basse fréquence en 1/f, performances des dispositifs réalisés).



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Elaboration de couches minces transparentes et conductrices pour applications antennaires à faible impact visuel A. Martin, X. Castel, O. Lafond, M. Himidi

IETR UMR-6164 / IUT de Saint-Brieuc, 18 rue Henri Wallon, 22004 SAINT-BRIEUC et 263, avenue du Général Leclerc, Université de Rennes 1, 35042 RENNES Cedex, France Tél : +02 23 23 38 04, Fax : 02 23 23 69 69, e-mail: [email protected]

Le développement croissant de la communication sans fil (GSM, 3G, 4G, WiFi,

…) a engendré la densification des réseaux antennaires, en particulier dans les zones urbaines où leur intégration dans l’environnement devient un véritable challenge. Le concept d’antennes optiquement transparentes, afin de minimiser leur impact visuel et par conséquent faciliter leur implantation, apporte une réponse à ces problématiques et est source de solutions innovantes. Ces antennes peuvent être développées à partir de matériaux transparents et conducteurs appartenant à la famille des OTC (Oxydes Transparents et Conducteurs) ou bien à partir de matériaux maillés à structuration micrométrique.

Dans ce champ d’applications, nous développons à l’Institut 4 solutions de matériaux transparents et conducteurs déposés en couches minces sur des substrats de verre de dimensions 50 mm × 50 mm. Tous ces matériaux sont élaborés par la technique de pulvérisation cathodique RF et déposés à température ambiante après optimisation des différentes paramètres. Les caractérisations structurales, électriques (résistance par carré RS) et optiques (transmittance T dans l’ensemble du domaine du visible en tenant compte des pertes de Fresnel) ont été systématiquement réalisées. La première solution développée consiste en une couche ultramince de métal (cuivre, 10 nm d’épaisseur). Elle présente une transparence optique maximale Tmax=64% et une résistance par carré RS=8,3 /sq. Une monocouche d’ITO (oxyde d’indium dopé à l’étain) de 1 µm d’épaisseur présente une résistance par carré similaire (RS=8,6 /sq) et une transparence optique supérieure (Tmax=86%). Une solution hybride de 125 nm d’épaisseur consistant en un empilement de couches d’ITO et de couches ultraminces de métal, de type ITO/argent/ITO, permet de réduire la résistance par carré (RS=2,8 /sq) tout en altérant a minima la transparence optique de l’échantillon (Tmax=76%). Néanmoins, les meilleurs résultats sont obtenus avec un maillage métallique à pas micrométrique déposé en couche mince. La sélection d’un pas de maillage de 300 µm associé à des largeurs de rubans d’argent de 20 µm permet de se situer en deçà du seuil d’acuité visuelle de l’œil humain, rendant ainsi le maillage invisible, et ce même au Punctum Proximumd’observation. Une transparence optique constante (T=81%) sur l’ensemble du spectre du visible associée à une résistance par carré aussi faible que RS=0,054 /sq sont obtenues avec un maillage de 6 µm d’épaisseur. Ces 4 solutions de matériaux en couches minces ont été utilisées pour développer différentes topologies d’antennes optiquement transparentes fonctionnant entre 850 MHz et 6 GHz [1-3]. Celles réalisées à partir du matériau maillé à pas micrométrique présentent systématiquement les gains les plus élevées, identiques à ceux d’antennes de référence



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fabriquées à partir de couches minces continues en argent (RS=0,0026 /sq) et donc totalement opaques. Nous attribuons ces résultats à la suppression des pertes par effet de peau et aux faibles pertes ohmiques inhérentes au matériau maillé développé à l’Institut.

Aujourd’hui, nous orientons nos travaux de recherche en procurant de la reconfigurabilité aux antennes transparentes. Un premier résultat a été obtenu très récemment [4] en bande X (∼10 GHz) grâce à l’implantation d’un composant localisé de dimensions submillimétriques à la surface de l’antenne (diode capacitive de dimensions 210 µm × 610 µm, Figure 1). La transparence optique globale de l’échantillon est conservée (T > 80%). Une agilité en fréquence de 10,8% a été mesurée via la polarisation de la diode (évolution de la fréquence de travail de 8,8 GHz à 9,8 GHz) avec un gain maximal de 3,5 dBi à 9,5 GHz (Figure 2), similaire à celui de l’antenne de référence totalement opaque.

Figure 1 : Antenne transparente reconfigurable en fréquence (bande X)

posée sur le logo de l’Institut

Figure 2 : Gain de l’antenne transparente en fonction de la tension de polarisation de

la diode capacitive

[1] F. Colombel, X. Castel, M. Himdi, G. Legeay, S. Vigneron, E. Motta Cruz, Ultrathin

metal layer, ITO film and ITO/Cu/ITO multilayer towards transparent antenna, IET Science, Measurement & Technology, Vol.3 (2009) pp.229-234

[2] J. Hautcoeur, F. Colombel, X. Castel, M. Himdi, E. Motta Cruz, Optically transparent monopole antenna with high radiation efficiency manufactured with a silver grid layer (AgGL), Electronics Letters, Vol.45 (2009) pp.1014-1016

[3] J. Hautcoeur, F. Colombel, X. Castel, M. Himdi, E. Motta Cruz, Radiofrequency performances of transparent ultra-wideband antennas, Progress in Electromagnetics Research (PIER) C, Vol.22 (2011) pp.259-271

[4] A. Martin, X. Castel, O. Lafond, M. Himdi, Optically transparent frequency-agile antenna for X-band applications, Electronics Letters (enligne 17/07/2015). DOI : 10.1049/el.2015.1203

8 8.5 9 9.5 10

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

Fréquence (GHz)

Gai

n (d

Bi)

2V4V6V8V10V12V



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BiFeO3 sous forte contrainte compressive d’épitaxie : polymorphes et microstructure

F. Pailloux1*, W. Saidi1, G. Taillepied1, M. Bibes2, A. Barthélémy2, M. Couillard 3, G.A. Botton3 et J. Pacaud1 1- Institut Pprime, UPR3346, 86962 Futuroscope-Chasseneuil, France 2- Unité mixte de Physique, UMR 137, 91767 Palaiseau, France 3- CCEM, Brockhouse Institute for Materials Research, Hamilton-Ontario L8S4M1, Canada Les films minces de BiFeO3 élaborés sous forte contrainte d’épitaxie compressive présentent, au delà d’une épaisseur de quelques (8 à 20) nanomètres, une mixité de phases analogue aux joints de phases morphotropiques responsable de l’amplification de la réponse piezoélectrique dans les composés PbMgNbO3-PbTiO3. Alors que les premières études firent état de la co-existence de seulement deux phases, l’une rhomboédrique l’autre monoclinique [1], des études plus récentes, menées par diffraction des rayons X [2] révèlent la présence d’une multitude de phases. Des calculs récents ont montré leur stabilité vis à vis de la phase quadratique attendue dans ces films fortement contraints [3]. Si le fait que ces phases découlent d’une relaxation de la phase monoclinique est établi, leur nature précise et leur répartition spatiale dans les films sont cependant mal connues ; autant d’éléments nécessaires à la compréhension fine de leur rôle dans l’accroissement de la réponse piézoélectrique de ces films. La microscopie électronique à haute résolution quantitative est un outil de choix pour révéler la microstructure de tels films minces et donc lever l’ambigüité laissée par des études réalisées aux échelles macroscopiques quant à la nature de ces phases et aux relations qui les relient. Nos observations, réalisées sur des films élaborés sur deux substrats de natures différentes (LaAlO3 et YAlO3), sont cohérentes avec les données recensées dans la littérature et permettent de préciser l’organisation de ces différentes phases au sein des films minces. Nous montrons que les phases secondaires, issues de la relaxation de la phase monoclinique pour des épaisseurs de films supérieures à 20 nm, se présentent sous la forme de grains inclinés dans une matrice de phase monoclinique dont le groupe d’espace Cm a été déterminé par diffraction des électrons et ABF-HRSTEM [4]. Nous déterminons ensuite les paramètres structuraux des phases secondaires par analyse du déphasage géométrique (GPA). L'origine de ce polymorphisme sera finalement analysé en terme de relaxation des contraintes. [1] R.J. Zeches et al., Science 326 (2009), 977 [2] A. Damodaran et al., Adv. Mater. 23 (2011), 3170 [3] H. Dixit et al., Adv. Sci. (2015), 1500041 [4] F. Pailloux et al.,PhysRev. B 89 (2014), 104106



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Couches minces photochromiques Ag/TiO2 synthétisées par pulvérisation magnétron sur substrats flexibles Daouda Keïta Diop SP2MI, Institut Pprime, Université de Poitiers Les couches minces Ag/TiO2, constituées de nanoparticules d’argent dans une matrice nanoporeuse de TiO2, peuvent changer de couleur sous l’effet d’une excitation lumineuse (photochromisme) [1-2]. Notre objectif est d'explorer la synthèse par pulvérisation magnétron à basse température ainsi que les propriétés photochromiques multicolores de telles couches minces déposées sur des supports flexibles, comme le plastique ou le papier, compatibles avec la plupart des applications liées aux domaines de la sécurité et de la traçabilité mais ne résistant pas à des températures élevées. Le but est en fait d'induire des changements permanents ou réversibles de couleur en se fondant sur le contrôle par laser (dans le domaine UV/visible) de la résonance de plasmons de surface des nanoparticules d'argent, dont la forme, l'amplitude et la position peuvent être modifiées selon les conditions d'illumination (longueur d'onde, intensité, énergie déposée) utilisées. Nos résultats montrent que, selon les conditions de croissance de la matrice de TiO2, l'argent peut se présenter soit sous forme oxydée (échantillons incolores) soit sous forme de nanoparticules métalliques (échantillons colorés). De plus, il est possible de contrôler la couleur de ces couches déposées sur des substrats souples de PET par l'intermédiaire de réactions photo-induites d'oxydo-réduction et/ou par croissance thermique (irréversible) induite par l'absorption plasmonique. 1. Y. Ohko, T. Tatsuma, T. Fujii, K. Naoi, C. Niwa, Y. Kubota, and A. Fujishima. Nat. Mater. 2, 29-31 (2003). 2. N. Crespo-Monteiro, N. Destouches, L. Bois, F. Chassagneux, S. Reynaud, and T. Fournel. Adv. Mater. 22, 3166-3170 (2010). This work has been carried out within the PHOTOFLEX project no. ANR-12-NANO-0006 funded by the French National Agency (ANR).



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Sol-gel synthesis of delafossite CuBO2 nanoparticles and application in p-type dye-sensitized solar cells Tengfei Jiang, Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN), CNRS, UMR 6502, Université de Nantes p-Type dye-sensitized solar cells (p-DSSCs) have received much attention in order to construct in the near future high efficient tandem DSSCs by coupling a photoanode and a photocathode built upon a n-type (e.g. TiO2, ZnO) and a p-type (e.g. NiO) semiconductor, respectively. Delafossite compounds are promising candidates as substitute of nickel oxide for p-DSSCs due to their deep valence band position. More importantly, in the Cu(I)-based delafossite materials, Cu-3d orbitals strongly hybridize with the O-2p orbitals, making the valence band edge to delocalize on oxygen, which facilitates the hole mobility and therefore increases the p-type conductivity. Recently, layered delafossite CuBO2 nanoparticles were synthesized by a facile sol-gel methodology. Then, they were used to prepare photocathodes for p-DSSCs with DPP-NDI dye as sensitizer and tris(4,4’-di-tert-butyl-2,2’-bipyridine)cobalt(III/II) as redox mediator. Due to the deeper valence band position compared with classical NiO photocathode, the CuBO2 based p-DSSC presents a high open-circuit photovoltage (Voc) of 453 mV, which is 150 mV higher than that of NiO. Unfortunately, photo-currents remain low. The results show that CuBO2 is a potential alternative for NiO in p-DSSCs.



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Présentations Posters Liste par ordre alphabétique du 1

er auteur

Understanding nano-column formation during reactive oblique angle deposition of TiN films: a computational modeling F. Nita, C. Mastail, G. Abadias Institut Pprime, UPR 3346 CNRS, Université de Poitiers, France Elaboration de films minces d’ITO en incidence rasante : relation nanostructure et propriétés optiques T. Chantepie(1,2), D. Chauraud, C. Dupeyrat(1,2), F. Paumier(1), T. Girardeau (1) 1 Institut Pprime, Université de Poitiers- CNRS-SP2MI-BP 30179, 86962-Chasseneuil-Futuroscope cedex- France 2 Sagem Défense Sécurité, Centre d’Excellence Industriel - Equipements Optroniques, 26 Av Des Hauts De La Chaume, BP 20, 86280 Saint Benoit

Transparent conductive oxide layers deposited by pulsed DC sputtering S. Fabert*(a,b), M. Coulibaly(a), R. Meunier(a,b), M. Carette(a,c), P-Y.Thoulon(b), M. Ricci(b), A. Goullet(a), P-Y.Jouan(a), M-P. Besland(a) (a) Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN), UMR CNRS 6502, 44322 Nantes (b) Crosslux S.A., Avenue Georges Vacher, 13790 Rousset (c) Institut d’Électronique de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN), UMR CNRS 8520, 59652 Villeneuve d’Ascq Real Time Depth Measurement of erosion rate in Glow Discharge Optical Emission Spectrometry, Applications to Thin Films Characterization Sofia Gaiaschi Horiba JobinYvon Multi-Scale Modeling of Thin Film Growth; Applicati on example to Atomic Layer Deposition Process C. Mastail1, A. Hemeryck2,3, A. Estève2,3, G. Abadias1, A. Michel1, C. Jaouen1 1Institut P', CNRS-Université de Poitiers, SP2MI - Téléport 2, Bd Marie et Pierre Curie, F-86962 Futuroscope-Chasseneuil, France 2CNRS; LAAS; 7 avenue du colonel Roche, F-31077 Toulouse, France 3Université de Toulouse ; UPS, INSA, INP, ISAE; UT1, UTM, LAAS ; F-31077 Toulouse, Fr. Deposition of AZO films by reactive high power impulse magnetron sputtering Martin Mickan Institut Jean Lamour - Université de Lorraine - Nancy Determination of the physical properties of single helium nanobubbles in various materials using spectrum imaging M.-L.David 1*, K. Alix 1, A.-M. Seydoux-Guillaume2, F. Pailloux1, M.-F. Beaufort1, J.-F. Barbot1, V. Mauchamp1, D.T.L Alexander3, G. Lucas3, C. Hébert3, G.A. Botton4, L. Pizzagalli1



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1 Institut Pprime, UPR 3346, CNRS-Université de Poitiers, Futuroscope-Chasseneuil, France 2GET, UMR 5563 CNRS-UPS-IRD, Observatoire Midi Pyrénées, Toulouse, France 3Interdisciplinary Centre for Electron Microscopy (CIME), EPFL, Lausanne, Switzerland 4Department of Materials Science and Engineering and CCEM, McMaster University, 1280 Main Street West, Hamilton, Ontario, L8S4M1, Canada Mise en évidence de la nature et de la concentration des porteurs dans les couches minces TCO Yohann Thimont Centre Inter-universitaire de Recherche et d’Ingénierie des Matériaux (CIRIMAT) UMR CNRS 5085, Université Paul Sabatier Toulouse III Structure, far-field and near-field optical properties of self-organized bimetallic Au(x)-Ag(1-x) nanoparticles embedded in alumina S. Yazidi, A. Fafin, S. Rousselet, F. Pailloux, S. Camelio, D. Babonneau Institut P', Département Physique et Mécanique des Matériaux UPR 3346 CNRS - Université de Poitiers

Investigation of Fluorine-doped SnO2 thin films with tunable Haze Factor S.T. Zhang, G. Giusti, S. Brochen, M. Jouvert, J.L. Deschanvres, C. Jiménez, D. Munoz-Rojas, V. Consonni, D. Bellet Univ. Grenoble Alpes, LMGP, F-3800 Grenoble, France



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Understanding nanocolumn formation during reactive oblique angle deposition of TiN films: a computational modeling F. Nita, C. Mastail, G. Abadias1 1Institut Pprime, UPR 3346 CNRS, Université de Poitiers, France

Transition metal nitride thin films are largely used nowadays in a wide range of applications from microelectronics to mechanical machining operations. Predictive design of these materials can be achieved by using multi-scale computational approaches to mimic real deposition conditions and gain insights on the microstructural and morphological evolutions during growth. This is particularly important for understanding competitive columnar growth and texture development in magnetron-sputtered TiN-based films.

We have developed a 3D atomistic simulation code based on a kinetic Monte Carlo (kMC) approach for predictive design of TiN growth morphology. A 3D rigid lattice (Na-Cl-type, as representative of TiN system), is considered with a predefined (001) orientation. Two kinds of particles, Ti and N, are considered for both diffusion and deposition events. Different diffusion models have been employed, including anisotropic surface diffusion. The activation energies for hopping diffusion were taken from existing DFT data of the literature. The model is capable to reproduce columnar growth with voids and overhangs, as well as faceting.

Here, we will present computational results obtained during reactive sputtering at oblique angle deposition. The influence of the most important experimental parameters (substrate temperature, deposition rate, angle of incidence, Ti/N stoichiometry) on the resulting TiN film morphology (porosity, surface roughness, column tilt angle β) will be presented. More specifically, we will study the effect that the respective angular distribution of metallic/nitrogen particles has on the column formation, to mimic reactive deposition under metallic or poisoned target mode.

Figure 1.(a) TiN growth morphology computed from kMC simulation at 500 K and α=80° (with respect to the surface normal), (b) Evolution of column tilt angle β versus incidence angle of sputtered particles α at different substrate temperatures.

This work is supported by the French National Research Agency (ANR) in the framework of MC2 project (M.ERA-NET program)



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Elaboration de films minces d’ITO en incidence rasant : relation nanostructure et propriétés optiques

Thomas CHANTEPIE(1,2), Dimitri CHAURAUD (1), Cyril DUPEYRAT (1,2), Fabien PAUMIER (1), Thierry GIRARDEAU (1)

1. Institut Pprime, Université de Poitiers- CNRS-SP2MI-BP 30179, 86962-Chasseneuil-Futroscope cedex- France

2. Sagem Défense Sécurité, Centre d’Excellence Industriel - Equipements Optroniques, 26 Av Des Hauts De La Chaume, BP 20, 86280 Saint Benoit

Les films minces d’Indium Tin Oxide (ITO) ont été depuis plusieurs années largement étudiés dans le domaine des Oxydes Transparents Conducteurs (TCO) grâce à leur transparence dans le visible pour des applications photovoltaïques. Le développement d’applications optoélectroniques dans le proche infrarouge telles que les boucliers électromagnétiques, les vitrages intelligents et les fonctions de désembuage, est un nouvel objectif de développement de ces TCO. La compétition entre leur transparence et leur conductivité électrique revêt une importance toute particulière lorsqu’il s’agit d’applications sur substrat Saphir dans l’IR de 3 µm à 5µm.

Dans cet objectif, nous étudions les possibilités offertes par la nanostructuration GLAD (GLancing Angle Deposition). Cette technique conduit à la croissance colonnaire du matériau qui, par effet d’ombrage, permet l’introduction de porosités inter-colonnaires. Le contrôle de la morphologie du matériau est assuré par le biais de l’angle d’incidence entre le substrat et le flux de particules incidentes. La géométrie GLAD est appliquée à la technique de pulvérisation par faisceau d’ions.

Ces travaux portent donc sur l’évolution de la nanostructure des films d’ITO ainsi élaborés ainsi que sur les corrélations entre la nanostructure et les propriétés électriques et optiques. Les techniques de caractérisation ainsi mises en œuvre sont la Microscopie Electronique à Balayage (MEB), la Diffraction des Rayons X (DRX), l’ellipsométrie spectroscopique, la spectrophotométrie optique dans le visible et l’IR, des mesures électriques quatre pointes et effet Hall en température (80 K à 570 K).

Sur les couches d’ITO étudiées, la géométrie GLAD est efficace puisque qu’en augmentant l’angle d’incidence jusqu’à 85°, la quantité de porosité au sein croît jusqu’à 50%. Cette évolution structurale s’accompagne de changements importants de propriétés électriques et optiques du matériau ; on note par exemple une diminution de l’indice de réfraction de 1,9 à 1,4 dans le visible lorsque l’angle d’incidence croît de 50° à 85°. Alors que les films minces déposés à faible angle d’incidence ont des comportements électriques et optiques proches des semi-conducteurs dégénérés classiques, modélisés par le modèle de Drude, ceux déposés aux grands angles présentent des comportements singuliers décrits par le modèle de Drude étendu ; modèle bien connu dans les matériaux fortement corrélés. D’autres paramètres



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d’élaboration ont également été étudiés comme la nature des ions utilisés et l’épaisseur des couches. Au même titre que l’angle d’incidence, ces paramètres sont des leviers influençant très largement la nanostructure et par conséquent les propriétés optiques/électriques des couches.

La technique GLAD permet donc d’accéder à des nanostructures nouvelles et des propriétés physiques très diverses et largement dépendantes des paramètres d’élaboration choisis. Ainsi la singularité structurale de tels films minces est à l’origine d’une anisotropie électrique et optique. L’anisotropie des films minces est directement reliée à l’angle d’incidence cible-substrat associé à latechnique GLAD. Le coefficient d’anisotropie est quantifiable électriquement en adaptant la méthode de Van Der Pauwdans un formalisme anisotrope. Cette nouvelle propriété fera l’objet d’une étude approfondie et pourrait permettre une ouverture vers de nouvelles applications opto-électriques.

Les progrès importants effectués sur les modèles optiques ont apporté une meilleure compréhension sur la nanostructure et notamment sur la répartition des porosités au sein du dépôt. Il a été en conséquence démontré que la croissance colonnaire est précédée d’une croissance « dense ». Ce changement de croissance et le changement de propriétés qui l’accompagne démontrent l’existence d’une épaisseur optimale pour le compromis électrique/optique. Des résultats récents ont prouvé, à la fois, l’existence d’un gradient de porosité dont l’évolution du profil a pu être représentée en fonction de l’angle, mais aussi d’un modèle bicouche témoignant du changement brutal des propriétés optiques dans le matériau.

Les corrélations entre nanostructure et propriétés d’une part et entre propriétés électriques/optiques d’autre part seront abordées et ce en considérant l’aspect applicatif de l’étude. Nous tenterons finalement de relier les modèles optiques, électriques et les observations microstructurales.



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Transparent conductive oxide layers deposited by pulsed DC sputtering S. Fabert*(a,b), M. Coulibal (a), R. Meunier(a,b), M. Carette(a,c), P-Y.Thoulon(b), M. Ricci(b), A. Goullet(a), P-Y.Jouan(a), M-P. Besland(a) (a) Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN), UMR CNRS 6502, 44322 Nantes (b) Crosslux S.A., Avenue Georges Vacher, 13790 Rousset (c) Institutd’Électronique de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN), UMR CNRS 8520, 59652 Villeneuve d’Ascq *corresponding author: [email protected] Al-doped zinc oxide (AZO) thin film was deposited by DC pulsed magnetron sputtering system for Cu(In, Ga)Se2 (CIGS) solar cell. Optimum conditions were investigated for a low temperature process. Through this study, we evidenced that the oxygen amount within the (ZnO: Al2O3) target was decreasing over time. In the present work, we investigated two different methods to overcome this major drawback. . The first solution stands in achieving a multilayer deposition process by including an oxygen enrichment step before the layer deposition. Such multilayer process allows to synthesize AZO thin films which exhibit good optical properties (transmittance > 90%) and low resistivity (6.10−4

Ω.cm). Nevertheless, such performances are reached thanks to a further annealing treatment at 450 °C. Such annealing temperature appeared not suitable for CIGS cell applications since element diffusion could occurs from the AZO layer through the whole cell. The second solution is to prevent the oxygen deficit thanks to a reactive sputtering process under oxygen and argon atmosphere. This second process allows to prepare AZO thin films with good optical properties (transmittance > 90%) but lower electrical properties (~ 3.10−3

Ω.cm). Even if obtained resistivity appears lower than with the multilayer process, the reactive sputtering process allows involving a lower temperature treatment at 250°C, Reactive sputtering appears thus more suitable for the deposition of AZO thin film by a low temperature process. Keywords: Al-doped zinc oxide (AZO), DC pulsed, Thermal Treatment, Cu(In, Ga)Se2



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Real Time Depth Measurement of erosion rate in Glow Discharge Optical Emission Spectrometry, Applications to Thin Films Characterization Sofia Gaiaschi, Horiba Jobin Yvon Pulsed RF Glow Discharge Optical Emission Spectrometry provides Ultra Fast Elemental Depth Profile of thin and thick films. The technique relies on the sputtering of a representative area of the material of interest by a plasma, the same plasma exciting the sputtered species – the real time analysis of the light emitted providing a quantitative information on the elements present in the film. Progresses in instrumentation have extended the range of applications: to name a few, ultra thin films, polymeric layers, electrodes of Li batteries are now routinely characterized and the benefits of applying GD prior to SEM observation or GD with XPS have been demonstrated. The most recent advance is the ability to measure in real time the depth of the sputtered crater. The principle of the measurement is based on interferometry and nm precision has been obtained. This is crucially important for the measurement of thickness of layers – notably when they are non transparent as in this case the alternative technique ellipsometry cannot be used. Examples of applications and figures of merit of this new development will be presented.



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Multi-Scale Modeling of Thin Film Growth; Application example to Atomic Layer Deposition Process C. Mastail1, A. Hemeryck2,3, A. Estève2,3, G. Abadias1, A. Michel11, C. Jaouen1 1Institut P', CNRS-Université de Poitiers, SP2MI - Téléport 2, Bd Marie et Pierre Curie, F-86962 Futuroscope-Chasseneuil, France 2CNRS; LAAS; 7 avenue du colonel Roche, F-31077 Toulouse, France 3Université de Toulouse ; UPS, INSA, INP, ISAE; UT1, UTM, LAAS ; F-31077 Toulouse, Fr The understanding of the first stages of thin film growth and the dependence of the structural properties on the fabrication process is a common issue of all the communities interested in thin films deposition. It is particularly true in the case of the growth of Hafnium oxide layer by Atomic Layer Deposition (ALD) which is one of the most promising gate oxide layers for future generations of MOS transistors. In order to gain a better understanding and control of the HfO2 fabrication process (Atomic Layer Deposition) we performed a multi-scale modeling based on a Monte Carlo Algorithm. The resulting software called “HIKAD” allows highlighting the link between the nano-structuration of the growth oxide layer and the deposition process in real experimental conditions. Going beyond rather obvious mechanisms, we identified and implemented some densification mechanisms, which allow the evolution towards a massive material, starting from molecular precursors reactions. Thanks to these densifications mechanisms, the evolution of experimental structure observations (ie coverage, roughness and defect), and the deposited film composition will be discussed. The surface interactions mechanisms also provide a chemical surface diffusion. The influence of the experimental growth conditions will be also qualitatively examined. This presented methodology will be used afterwards to model thin film growth by magnetron sputtering deposition process.



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Deposition of AZO films by reactive high power impulse magnetron sputtering

Martin Mickan, Institut Jean Lamour - Université de Lorraine Aluminium doped zinc oxide (AZO) films can be used as transparent electrodes in applications such as flat panel displays or solar cells [1]. A common method to obtain AZO films on large areas is reactive magnetron sputtering. However, substrate heating is usually required to achieve good properties [2]. Additionally, there is a problem with the homogeneity of the properties [3]. High power impulse magnetron sputtering (HiPIMS) is a technique that allows high instantaneous current densities during the sputtering process. These high current densities allow a high degree of ionization of the sputtered vapour [4]. HiPIMS has the potential to improve the performance and homogeneity of the films. Thin films of AZO have been deposited using both reactive HiPIMS and reactive DC magnetron sputtering. Their electrical, optical and structural properties have been compared. The results show that the HiPIMS process can improve the electrical properties of the films. A resistivity of 4x10-4

Ωcm can be reached homogeneously across the substrate surface without thermal assistance. The results are interpreted in terms of competition between the target/film oxidation and instantaneous deposition rate. References: [1] F. J. Pern, R. Noufi, X. Li, C. DeHart, and B. To, “Damp-heat induced degradation

of transparent conducting oxides for thin-film solar cells,” in 33rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 2008. PVSC ’08, 2008, pp. 1–6.

[2] S. Cornelius, M. Vinnichenko, N. Shevchenko, A. Rogozin, A. Kolitsch, and W. Möller, “Achieving high free electron mobility in ZnO:Al thin films grown by reactive pulsed magnetron sputtering,” Appl. Phys. Lett., vol. 94, no. 4, p. 042103, Jan. 2009.

[3] D. Horwat, M. Jullien, F. Capon, J.-F. Pierson, J. Andersson, and J. L. Endrino, “On the deactivation of the dopant and electronic structure in reactively sputtered transparent Al-doped ZnO thin films,” J. Phys. Appl. Phys., vol. 43, no. 13, p. 132003, Apr. 2010.

[4] V. Kouznetsov, K. Macák, J. M. Schneider, U. Helmersson, and I. Petrov, “A novel pulsed magnetron sputter technique utilizing very high target power densities,” Surf. Coat. Technol., vol. 122, no. 2–3, pp. 290–293, Dec. 1999.



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Determination of the physical properties of single helium nanobubbles in various materials using spectrum imaging

M.-L.David 1*, K. Alix 1, A.-M. Seydoux-Guillaume2, F. Pailloux1, M.-F. Beaufort1, J.-F. Barbot1, V. Mauchamp1, D.T.L Alexander3, G. Lucas3, C. Hébert3, G.A. Botton4, L. Pizzagalli1 1 Institut Pprime, UPR 3346, CNRS-Université de Poitiers, Futuroscope-Chasseneuil, France 2GET, UMR 5563 CNRS-UPS-IRD, Observatoire Midi Pyrénées, Toulouse, France 3Interdisciplinary Centre for Electron Microscopy (CIME), EPFL, Lausanne, Switzerland 4Department of Materials Science and Engineering and CCEM, McMaster University, 1280 Main Street West, Hamilton, Ontario, L8S4M1, Canada *[email protected] The stabilization of condensed helium atoms in the form of nanoscale defects in materials is observed under many circumstances. These are an important class of defects in solid state materials that are both of technological and fundamental relevance as they can modify the physical and mechanical properties of the materials. For instance, helium bubbles can be formed following the aggregation of vacancies and helium atoms introduced in high concentration during implantation or irradiation [1]. But it has also been shown recently that lowenergy helium plasma treatments used forthenanostructuration of surfaces leads to the formation of helium filled porosity [2]. The physical parameters of the helium-filled defects (helium density, associated pressure, size, morphology) are the cornerstone to fully describe their formation mechanisms. Spatially-resolved Electron Energy Loss Spectroscopy (EELS) in a Scanning Transmission Electron Microscope (STEM) has been shown to be a powerful tool to determine these parameters, in particular in helium bubbles in metals [3]. Here we show that not only STEM-EELS [4,5] but also Energy-Filtered Transmission Electron Microscopy spectrum imaging [6] can be used to determine the physical parameters of helium bubbles in various semiconductors matrices such as Si, Ge, GaN but also in ceramics such as SiC and in minerals (euxenite). We detail the acquisition parameters that we have optimized, the method itself and its limitations inherent to signal processing. Such a method, developed for helium, can be extended to the study of over gas in various matrices. [1] S. Donnelly, J. Evans, 1991. Fundamental Aspects of Inert Gases in Solids.PlenumPress, New York [2] R. Schierholz et al., Nanotechnology 26 (2015) 075703 [3] C.A. Walsh et al., Philos. Mag.A 80 (2000) 1507–1543. [4] M.L. David et al., Appl. Phys. Letter 98 (2011) 171903 [5] M.L. David et al., J. Appl. Phys. 115 (2014) 123508 [6] K. Alix et al., Micron 77 (2015)57.



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Mise en évidence de la nature et de la concentration des porteurs dans les couches minces TCO Yohann Thimont CIRIMAT (Centre Inter-universitaire de Recherche et d’Ingénierie des Matériaux) UMR CNRS 5085, Université Paul Sabatier Toulouse III Les couches minces d’oxydes présentent de nombreux intérêts dans le domaine de l’électronique transparente. Cependant, en vues d’applications, il s’avère nécessaire de connaitre les propriétés électriques et optiques qui doivent alors être suffisamment intéressantes à la fois pour les matériaux de types n et p. La mise en évidence de la nature et la détermination de la concentration des porteurs restent dans de nombreux cas difficile, notamment en ce qui concerne les matériaux de type p-. Par exemple, l’effet Hall est limité par les faibles mobilités des porteurs ou leurs concentrations trop élevées, ce qui proscrit son utilisation pour l’étude des semiconducteurs dégénérés. Nous montrerons l’utilisation de techniques indirectes dans le but d’obtenir ces informations comme par exemple, des modélisations optoélectroniques en s’appuyant sur des fonctions diélectriques mais également, des mesures de coefficients Seebeck qui par le biais de la relation de Heikes étendue permettant à la fois de déterminer le type de porteurs majoritaire et leurs concentrations. Enfin, la mise en évidence de la nature de porteurs peut également se faire indirectement par la modification des propriétés de conduction sous l’influence d’un gaz oxydant. Nous montrerons des exemples concrets d’utilisation de telles techniques sur des couches minces p et n-TCO de différents matériaux tels que CuCrO2, NiO ou encore ZnO.



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Structure, far-field and near-field optical properties of self-organized bimetallic Au(x)-Ag(1-x) nanoparticles embedded in alumina S. Yazidi, A. Fafin, S. Rousselet, F. Pailloux, S. Camelio, D. Babonneau Institut P' Département Physique et Mécanique des Matériaux UPR 3346 CNRS - Université de Poitiers

Planar arrays of metallic nanoparticles (NPs) periodically aligned on dielectric surfaces are ideal for applied research on plasmonics such as molecule sensing by Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) spectroscopy. Indeed, near-field coupled NPs permit to increase the Raman scattering of molecules via the excitation of localized surface plasmon resonances responsible for a strong enhancement of the local field. Practical and remote sensing applications require robust, reusable and convenient surfaces, stability and low-cost. A simple route to elaborate such SERS active surfaces is to use nanorippled surfaces as templates for growing organized arrays of small metallic NPs chains with interparticle gaps smaller than 3 nm. To obtain reusable SERS-active surfaces, the NPs must also be capped by a protective dielectric matrix with a thickness small enough (< 6 nm) to keep the field enhancement. Therefore the NPs stability becomes an issue. In this work, we have studied the structure (morphology and organization), optical properties (far-field and near-field), and stability of bimetallic Au:Ag NPs prepared by grazing incidence sequential deposition on nanoripple patterns obtained by ion erosion of alumina surfaces under oblique incidence. The potential of such systems to combine the best of both metals in terms of chemical and plasmonic properties is investigated, Ag being a more effective plasmonic material than Au whereas Au provides advantages in terms of chemical stability.



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Investigation of Fluorine-doped SnO2 thin films with tunable Haze Factor S.T. Zhang, G. Giusti, S. Brochen, M. Jouvert, J.L. Deschanvres, C. Jiménez, D. Munoz-Rojas, V. Consonni, D. Bellet Université Grenoble Alpes, CNRS LMGP, F-3800 Grenoble, France. Over the past few decades, polycrystalline fluorine-doped SnO2 (FTO) thin films have received increasing interest due to their promising applications in a wide variety of devices such as gas sensors or solar cells. FTO thin films can exhibit remarkable electro-optical properties while showing high work function as well as good thermal and chemical stability. As such, FTO can act as an efficient front transparent electrode for solar cells. In this work, FTO thin films are grown by spray pyrolysis on glass or flexible substrates. The interplay between structural, electrical and optical properties of FTO thin layers is investigated with a special emphasis on electron scattering mechanisms. We demonstrate that FTO thin films combined with different types of nanoparticles (NPs) can form nano-composites which show varying diffuse component of transmitted light as a function of NP surface density. In the first step, ZnO NPs were used [1], haze factors of the resulting nano-composites are varied from 0.4% to 64% in the visible range without degrading total optical transmittance (~90%), while maintaining good electrical properties (i.e. sheet resistance 10-15 ohm/square). Studies with Sulfur doped TiO2 NPs and SnO2 NPs are then carried out to study the influence of NP conductivity and morphology on composite performance. With such high haze factors, the nano-composite FTOs are very valuable in integration in solar cells. [1] G. Giusti et al. ACS Appl. Mater. And Interf. 6 (2014) 14096.



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Workshop GDR CNRS OXYFUN

Oxydes Conducteurs Transparents et X-Chromes

Liste des

PARTICIPANTS

15-16 Octobre 2015,

Espace Mendes France-Poitiers



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Nom Prénom Laboratoire Adresse électronique

ABADIAS Gregory Institut Pprime,

UPR 3346 CNRS Université de Poitiers

[email protected]

BABONNEAU David Institut Pprime,


[email protected]

BARBOT Jean-François Institut Pprime,


[email protected]

BARNABE Antoine

Centre Inter-universitaire de Recherche et

d’Ingénierie des Matériaux CIRIMAT

Université de Toulouse III Paul Sabatier

[email protected]

BEAUFORT Marie-Fance Institut Pprime,


[email protected]

BESLAND Marie-Paule

Institut des Matériaux Jean Rouxel,

CNRS, UMR 6502, Université de Nantes

[email protected]

BROCHEN Stephane LMGP - Laboratoire des Matériaux et du Génie

Physique

[email protected]

CAMELIO Sophie Institut Pprime,

UPR 3346 CNRS - Université de Poitiers

[email protected]

CAPON Fabien Institut Jean Lamour, IJL UMR CNRS 7198 Université de Lorraine

[email protected]

CASTEL Xavier IETR, UMR-6164

IUT St Brieux Université Rennes 1

[email protected]

CHALLALI Fatiha

Laboratoire des Sciences Procédés et Matériaux

(LSPM) UPR3407 Université Paris 13

[email protected]

CHAMPEAUX Corinne SPCTS Université de

Limoges / CNRS UMR 7315

[email protected]

CHANTEPIE Thomas

Sagem Centre d’Excellence Industriel,

équipements Optroniques, St benoit –Insitut Pprime

[email protected]

CHIKOIDZE Ekaterina

Groupe d'Etude de la Matière Condensée (GEMaC-CNRS)

Université Versailles Saint Quentin (UVSQ)

[email protected]

COLIN Jonathan Institut Pprime,


[email protected]

CORREDORES Yonathan

Sagem Centre d’Excellence Industriel

équipements Optroniques, St benoit

[email protected]



50


DA ROCHA Mathias

Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux (ICMCB) UPR CNRS 9048

Bordeaux

[email protected]

DIAO Xungang Electrochromism Center,

Beihang University China

[email protected]

DIOP Daouda Keïta Institut Pprime,


[email protected]

DREVILLON Jérémie Institut Pprime,


[email protected]

DUBOURDIEU Catherine Institut des

Nanotechnologies de Lyon (INL) Lyon

[email protected]

DUMAS-BOUCHIAT

Frédéric SPCTS

CNRS UMR 7315 Université de Limoges

[email protected]

DUPEYRAT Cyril

Sagem Centre d’Excellence Industriel

équipements Optroniques, St benoit

[email protected]

ELOUADI Brahim LaSIE

UMR-CNRS 7356, Université de La Rochelle

[email protected]

EYIDI Dominique Institut Pprime,


[email protected]

EZZAHIRI Younes Institut Pprime,


[email protected]

FABERT Sabine



[email protected]

FAFIN Alexandre Institut Pprime,


[email protected]

FORTUNATO Elvira I3N|CENIMAT

FCT-UNL, Portugal

[email protected]

GABORIAUD Rolly Institut Pprime,


[email protected]

GAIASCHI Sofia Horiba Jobin Yvon

SAS [email protected]

GAUDIN Michael SPCTS

CNRS UMR 7315 Université de Limoges

[email protected]

GIRARDEAU Thierry Institut Pprime,


[email protected]

GOUDEAU Philippe Institut Pprime,


[email protected]



51


GOULLET Antoine Institut des Matériaux

Jean-Rouxel, IMN-UMR 6502

[email protected]

HERVE Armande Institut Pprime,


[email protected]

HORWAT David Institut Jean Lamour

Université de Lorraine [email protected]

JIANG Tengfei IMN-UMR6502

Université de Nantes

[email protected]

JOBIC Stéphane



[email protected]

JOULAIN Karl Institut Pprime,


[email protected]

JOURDRAN Charles

Sagem Centre d’Excellence Industriel – équipements Optroniques,

St benoit

[email protected]

KELLER Niels Institut de Physique

(CNRS)

[email protected]

LERONDEL Gilles LNIO, Institut Charles

Delaunay, Université de Technologie de Troyes

[email protected]

MARTIN Alexis IETR, UMR-6164

IUT St Brieux Université Rennes 1

[email protected]

MARTIN Nicolas Institut FEMTO-ST UMR CNRS 6174

[email protected]

MASTAIL Cédric Institut Pprime,


[email protected]

MAUDET Florian Institut Pprime,


[email protected]

MECHIN Laurence GREYC, Université Caen

Normandie / CNRS / ENSICAEN

[email protected]

MICHEL Anny Institut Pprime,


[email protected]

MICKAN Martin Institut Jean Lamour

IJL UMR CNRS 7198 Université de Lorraine

[email protected]

MUÑOZ-ROJAS David LMGP

Grenoble INP Minatec

[email protected]



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OLIVERO Celia Horiba Scientific

Horiba Jobin Yvon SAS

[email protected]

PAILLOUX Frédéric Institut Pprime,


[email protected]

PAUMIER Fabien Institut Pprime,


[email protected]

POUVREAU Nicolas Institut Pprime,


[email protected]

PRESMANES Lionel

Centre Inter-universitaire Recherche et Ingénierie

des Matériaux (CIRIMAT) Université Paul Sabatier

Toulouse III

[email protected]

PROD'HOMME Hugo Institut Pprime,


[email protected]

ROUGIER Aline


Bordeaux

[email protected]

SENANI Sophie Airbus Group Innovations

Suresnes [email protected]

SHANG Congcong



[email protected]

SIMONOT Lionel Institut Pprime,


[email protected]

SONG Giljoo


Bordeaux

[email protected]

TRESSE Manuel Institut Jean Lamour

Université de Lorraine [email protected]

YAZIDI Senda Institut Pprime,


[email protected]

Documents

Oxydes Conducteurs Transparents et X-Chromes - inl.cnrs.frinl.cnrs.fr/gdr-oxyfun/files/workshop_TCO_Xchromes_15_16_octobre... · Oxydes Conducteurs Transparents et X-Chromes 15-16