Depth profiling of hybrid multilayers using ToF-SIMS
: from model samples to photonic devices

Student thesis: Doc typesDocteur en Sciences

Résumé

Dans des domaines aussi divers que la médecine, l’énergie, l’aérospatial ou l’électronique, la technologie qui nous entoure ne cesse de gagner en sophistication. Pour améliorer les performances des dispositifs, des matériaux innovants sont agencés en multicouches ou forment des architectures 3D élaborées.
Parallèlement, la recherche de miniaturisation nous amène à manipuler des structures de l'ordre du nanomètre, ce qui confère aux interfaces un rôle prépondérant dans le comportement macroscopique des dispositifs. La compréhension des phénomènes complexes se produisant aux interfaces des couches minces est indispensable pour identifier les mécanismes de dégradation et également pour prévenir ou limiter de manière rationnelle ces effets. Par conséquent, des méthodes de caractérisation en profondeur doivent être développées pour mettre en oeuvre des stratégies et pour guider à la fois la conception et les conditions d’utilisation de ces structures, ce qui permettrait in fine d'augmenter les performances et la durée de vie du dispositif.
Dans ce contexte, la spectrométrie de masse d’ions secondaires par temps de vol (ToF-SIMS) a montré sa capacité à fournir des informations moléculaires en profondeur, combinant une limite de détection et une sensibilité de surface extrêmement élevées, d’excellentes résolutions en masse et en profondeur, ainsi qu’une résolution latérale permettant d’effectuer de l’imagerie 3D.
Dans ce travail, des analyses ToF-SIMS de surface et en profondeur sont appliquées pour étudier des assemblages de films minces modèles ou constituant des dispositifs réels, à l’aide de différentes conditions d’analyse et d’érosion. En particulier, les mécanismes fondamentaux d’interaction des faisceaux avec la surface sont mis en évidence en faisant varier la nature, l’énergie et la taille du projectile du faisceau d’ions. Les meilleurs paramètres d'analyse en vue de pulvériser des couches minces, organiques et hybrides organiques/inorganiques, sont ensuite étudiés. Ces paramètres idéaux permettent de limiter la modification du matériau induite par l'exposition au faisceau d'ions tout en maintenant des signaux moléculaires intenses et caractéristiques (fragments de grande masse) et des rendements de pulvérisation raisonnables (temps d'analyse réduit).
Sur des architectures hybrides particulièrement complexes, telles que des OLED et des cellules solaires, les résultats montrent sans ambiguïté que les faisceaux d'ions césium de basse énergie (Cs+ à ~ 500 eV) et les clusters d'argon (Arn+) de taille réduite (n ~ 500 atomes) à une énergie élevée (~ 20 keV) sont les conditions les plus appropriées pour effectuer une analyse de profilage en profondeur.
la date de réponse8 avr. 2019
langue originaleAnglais
L'institution diplômante
  • Universite de Namur
SponsorsUniversité de Namur
SuperviseurLaurent Houssiau (Promoteur), Francesca Cecchet (Président), Yan Busby (Jury), Arnaud Delcorte (Jury), Anouk Galtayries (Jury) & Laetitia Bernard (Jury)

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