Ce travail est consacré à l'étude de la déposition de couches minces optiques et au contrôle de ce processus. Initialement, la tâche était de développer une technique de commande robuste pour ellipsométriques gradient d'indice de réfraction des couches. Au cours des travaux, il a évolué vers le domaine plus vaste de l'ECR PECVD de recherche et de contrôle optique multicouche ellipsométrie filtre. Malgré le fait que HDP-PECVD est utilisé couramment dans la fabrication microélectronique, de nombreuses questions sur cette technique sont encore sans réponse. Nous avons étudié les aspects de cette technique dans le but d'acquérir de nouvelles connaissances sur les processus physiques impliqués. Dans cette thèse, les parties suivantes de l'œuvre seront discutées, en vue de présenter une vision cohérente de l'objet: 1. Couches minces optiques, les plasmas et de la technologie de dépôt plasma. 2. ECR-PECVD caractéristiques et le développement. 3. Le système de dépôt MDECR Vénus et la caractérisation des plasmas de dépôt. 4. Déposition de filtres optiques à base de silicium oxynitrure alliages, et plusieurs techniques de caractérisation comme ellipsométrie spectroscopique. 5. ellipsométrie cinétique et le contrôle ellipsométrique de couches minces optiques. 6. Conclusion et recommandations pour les travaux futurs. Ces points représentent la structure de ce document. Ils seront détaillés dans les sections suivantes et développé dans les chapitres suivants.

Il s'agit de dépôt de silice utilisant le silane et l'oxygène dans un système plasma haute densité. L'influence des paramètres du procédé et du système d'injection du silane sur les propriétés des matériaux sont étudiés par ellipsométrie spectroscopique, spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, spectroscopie de transmission et microscopie à force atomique. On étudie la phase gazeuse par spectroscopie d'émission optique et spectrométrie de masse quadripolaire avec pompage différentiel. La création de l'eau dans le système et son incorporation dans les couches pendant le dépôt sont étudiées utilisant l'injection du silane par jet capillaire. L'absorption du Si-OH dans les couches est mesurée en différentes positions sur le substrat. Les simulations de flux de gaz par la technique simulation directe Monte-Carlo sont utilisées pour étudier le flux des espèces sur le porte substrat. On a trouvé que le flux de l'eau est uniforme tandis que le flux de silane varie sur le porte substrat, ce qui explique la faible quantité de silanol dans la couche dans les régions déposées à grande vitesse. Une comparaison entre les résultats expérimentaux et les simulations montre que les systèmes plasma haute densité peuvent seulement être considérés comme bien mélangés quand il n'y a pas une élimination rapide des espèces en phase gazeuse.

Les matériaux nanocomposites formés à partir de particules métalliques incluses dans une matrice diélectrique présentent des propriétés inusitées que l'on ne retrouve pas dans les matériaux massiques étant donné la taille nanométrique des particules métalliques. Notamment, la résonance des électrons de conduction du métal sous l'excitation d'une lumière incidente, appelée résonance plasmon de surface (spr), donne lieu à l'apparition d'une bande d'absorption dans le visible ayant une influence drastique sur les propriétés optiques du nanocomposite. La position, la largeur et l'amplitude de cette bande d'absorption sont des fonctions complexes des caractéristiques nano-structurales du nanocomposite, notamment : la nature et la concentration du métal, la taille des nanoparticules, leur forme, l'indice de réfraction de la matrice, etc. Spécifiquement, la présence de particules asymétriques, comme par exemple des particules de forme nano ellipsoïdale, permet l'observation de bandes d'absorption spr multiples résultant en un matériau non-symétrique possédant des propriétés anisotropes. Dans cette thèse, nous présenterons le développement et l'analyse de techniques avancées de fabrication permettant le contrôle précis de la synthèse d'un nanocomposite formé de nanoparticules d'or incluses dans une matrice de silice. Nous avons développé une technique en trois étapes permettant de fabriquer des couches nanocomposites comprenant des particules de tailles et de formes contrôlées. Ces étapes sont : 1) dépôt hybride pulvérisation/dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma, 2) recuits thermiques, 3) irradiation à l'aide d'un faisceau d'ions de haute énergie. Subséquemment, la performance optique des matériaux fabriqués a été testée par différentes techniques afin d'en évaluer les propriétés linéaires et non-linéaires. Les premières ont été étudiées par ellipsométrie et spectrophotométrie alors que les deuxièmes l'ont été par les techniques P-Scan et Z-Scan. Plus précisément, nous nous sommes intéressés à la métrologie et au contrôle de l'anisotropie des propriétés du système nanocomposite formé par faisceau d'ions. Une nouvelle approche de mesure des propriétés optiques non-linéaires anisotropes sera présentée. Dans ce document, le lecteur retrouvera une description théorique exhaustive des propriétés optiques (linéaires et non-linéaires) des matériaux nanocomposites métal/diélectrique incluant des modèles détaillés pour la description des propriétés de chacun des constituants du nanocomposite : métal (Drude, Lorentz) et diélectrique (Cauchy).

Cette thèse présente un nouveau système d'actionnement à l'échelle nanométrique, basé sur l'intégration de multicouches antiferromagnétiques/ferromagnétiques avec une nano-structure mécanique. Ces multicouches, utilisées dans les mémoires magnétiques, présentent la particularité de maintenir une forte aimantation lorsqu'on en réduit les dimensions. De plus, le sens de l'aimantation de certains empilements peut être modifié grâce à un système thermoélectrique. Ce principe d'actionnement est illustré par deux dispositifs : le premier est un nano-commutateur bistable, qui met à profit les forces dipolaires qui s'exercent entre deux aimants. La bistabilité est atteinte grâce au retournement de l'aimantation d'un des deux empilements magnétiques. Le second système est un nano-résonateur, mis en mouvement par la force de Laplace. Nous détaillons les modèles théoriques développés pour dimensionner ces deux dispositifs. Nous présentons également les empilements technologiques permettant la réalisation de ces nanosystèmes intégrés à très grande échelle sur des plaques de 200 mm. Un des points originaux est l'utilisation d'un procédé de libération basé sur la gravure d'une couche sacrificielle de titane par du XeF2. Nous abordons également la problématique du changement des paramètres matériaux, notamment de la résistivité, lorsque l'on réduit les dimensions. Cela nous permet de donner une estimation de la résistance de contact du nano-commutateur. Enfin, des mesures effectuées en vibrométrie laser par effet Doppler montrent que le système d'actionnement du nano-résonateur est capable de mettre la poutre en résonance, réalisant la preuve de concept de ce type d'actionnement.

L'objectif majeur de cette thèse vise à déterminer les mécanismes de dopage des oligoanilines et trouver les meilleures conditions d'élaboration de couches minces d'oligoanilines en vue de leur intégration comme matériaux actifs dans les capteurs. Dans un premier temps nous présentons une étude spectroélectrochimique des oligoanilines en solution afin de déterminer leur structure électronique à l'état neutre puis de suivre les modifications de cette structure électronique lors de l'oxydation et de la protonation. A l'aide de ces différents résultats, nous avons pu faire correspondre les variations de position des bandes Raman observées avec les variations des constantes de forces considérées. L'interprétation de ces ajustements nous a amenés à proposer des schémas réactionnels. Ensuite nous présentons les caractérisations cristallographique et optique de monocristaux de terphényldiamine. Deux structures sont ainsi mise en évidence et caractérisées finement, travail déterminant pour l'étude des oligoanilines déposées en couches minces. Les paramètres de dépôts des couches minces sont alors présentés et l'étude de ces couches est réalisée par microscopie à force atomique, microscopie électronique à balayage et enfin par spectroscopie Raman. L'influence des conditions de mise en oeuvre sont mise en avant ainsi que les conséquences sur la morphologie et la nature des espèces dopées. Finalement, après une étude bibliographique sur les capteurs et sur les modèles de conduction dans les polymères et les oligomères conducteurs, une étude des propriétés électriques en fonction du dopage par vapeurs et en fonction de la température est présentée.

Les couches minces d'oxyde d'étain sont largement utilisées dans différents domaines d'applications comme les électrodes transparentes, les détecteurs de gaz, ou encore les catalyseurs. Il a été montré que la nanostructure des films permettait d'améliorer sensiblement les propriétés optiques et électriques des couches minces de semiconducteurs. L'objectif principal de ce travail de thèse est de synthétiser des films minces de SnO2, en contrôlant leur nanostructure et leur composition. Lors de la croissance de couches minces dans notre système de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD), des poudres nanométriques, polymérisées en phase plasma, peuvent s'incorporer dans le film. Les propriétés électriques du plasma sont grandement affectées par la croissance de ces poudres, et il est ainsi possible de suivre leur évolution par des mesures de la tension d'autopolarisation (VDC) de l'électrode de tension. Dans un premier temps, nous avons établi l'influence des paramètres du procédé sur l'évolution de la VDC, et relié ses variations à la granulométrie du film observé par microscopie électronique à balayage. Nous avons ensuite modifié les temps d'allumage et d'extinction du plasma, en faisant fonctionner notre générateur en mode pulsé. Nous avons ainsi pu discuter différentes hypothèses sur les mécanismes de formations des poudres dans un plasma argon/oxygène/tétraméthylétain. Un lien entre les conditions de modulation du plasma et la présence de nanocristallites incorporées au film d'oxyde d'étain a pu être établi.

L'abaissement de la température de fonctionnement des SOFC vers 600-750°C est un impératif incontournable pour en augmenter la durée de vie et permettre l'utilisation d'interconnecteurs moins onéreux. Cependant, ceci s'accompagne d'une incrémentation de la chute ohmique de l'électrolyte et des surtensions aux électrodes et, par conséquent, la diminution des performances électrochimiques de la pile. Différentes solutions sont à explorer : substituer l'électrolyte, diminuer la résistance de l'électrolyte usuel en réduisant son épaisseur (<5 µm) et, de toute façon, en améliorant les réactions aux interfaces par adjonction de couches minces fonctionnelles. D'une part, cette étude analyse différentes approches d'élaboration de couches minces de CeO2 et de cérine dopée, dont le rôle est avéré, notamment au niveau de l'oxydation à l'anode : le dépôt par couches atomiques, ALD (Atomic Layer Deposition), et le dépôt chimique en solution CBD (Chemical Bath Deposition) ont été explorés. D'autre part, l'exploitation d'un nouveau matériau composite (cérine dopée au gadolinium et Li2CO3-K2CO3 à l'état fondu) est analysée en tant que matériau d'électrolyte pour les SOFC. Finalement, les propriétés électrochimiques de ces électrolytes, combinés à des couches minces de cérine et de cérine dopée préparées par ALD, sont étudiées en particulier en conditions anodiques. Le but global est d'explorer le rôle des couches minces et de nouveaux électrolytes prometteurs, essentiellement dans les conditions anodiques des SOFC.

La miniaturisation des appareils électroniques et la multiplication de leur fonctionnalités explique l'intérêt croissant porté aux microsources d'énergie telles que les microbatteries au lithium. Ces dernières sont principalement conçues pour une utilisation rechargeable, mais des systèmes non rechargeables peuvent également êtes envisagés pour certaines applications. Actuellement, la principale limitation de ces systèmes est leur capacité surfacique, n'excédant pas 200 µAh.cm-2. Afin d'obtenir une forte capacité surfacique, nous nous sommes intéressés à CuO, un matériau réagissant avec le lithium suivant un mécanisme de conversion, et présentant une capacité volumique théorique élevée (425 µAh .cm-2.µm-1). Des couches minces de CuO ont ainsi été préparées par pulvérisation radiofréquence à cathode magnétron sous atmosphère réactive (Ar + O2). L'influence des paramètres de dépôts (concentration d'oxygène, pression totale, température des substrats, distance cible-substrat, configuration de la cible) sur leurs propriétés chimiques, morphologiques et structurales a été étudiée. Ces dernières ont également été corrélées à leurs performances électrochimiques, obtenues avec un électrolyte liquide ou un électrolyte solide.

Dans ce travail, deux types de films de TiO2 nanostructurés sont obtenus par deux méthodes de synthèse différentes. Dans un premier temps, au cours d'un travail exploratoire, des couches de structure nanocolonnaire dopées au niobium sont obtenues par une méthode de " sputtering " (PVD-co deposition). Des couches amorphes de TiO2 sont déposées sur un substrat en acier inox à l'aide d'un plasma argon, d'une cible en TiO2 massif (cathode) et d'une co-cible de niobium (co-cathode). Une série d'échantillons avec différents taux de dopage est ainsi obtenue en faisant varier la puissance appliquée à la co-cathode de niobium. La réponse en spectrométrie d'impédance électrochimique est essentiellement déterminée par la présence d'une couche barrière (jonction métal/semiconducteur ou métal/oxyde/semiconducteur) entre la couche de TiO2, dopé Nb ou non, et le substrat métallique et la densité de porteurs est estimée à environ 1018 cm-3 pour toute la série d'échantillons. Dans la deuxième partie de ce travail, deux types de couches de TiO2 nanotubulaires avec des nanotubes (NT) alignés perpendiculairement au substrat sont obtenus par anodisation d'une plaque de titane métallique dans deux milieux différents contenant des ions fluorure. Les couches de NT obtenues dans la solution de tétrabutylammonium/formamide (appelées TiO2-NT(TB)) sont plutôt rugueuses, alors que le deuxième milieu, l'éthylèneglycol, permet de synthétiser des couches de NT beaucoup plus lisses et denses (appeléesTiO2-NT(EG)). Toutes les couches de NT sont caractérisées par spectroscopie d'impédance électrochimique et montrent une contribution haute fréquence liée à la présence d'états de surface ainsi qu'une contribution basse fréquence liée à la capacité de la zone de charge d'espace. A l'obscurité, dans un électrolyte de Na2SO4 (pH neutre), une couche TiO2 -NT (TB) anatase montre que les deux contributions varient avec le potentiel appliqué. La capacité des états de surface varie exponentiellement dans un large domaine de potentiel, et montre en plus un état d'énergie localisé dans le gap qui est la signature de l'adsorption d'eau à l'état moléculaire. Après exposition aux UV pendant 3h, et retour à l'obscurité la disparition quasi irréversible de l'état d'énergie localisé est associée à la dissociation photoinduite de l'eau adsorbée sur certains sites de la surface des tubes. En outre, une augmentation d'un facteur 112 de la capacité de la zone de charge d'espace du semiconducteur est observée après exposition au rayonnement UV. Cette augmentation est interprétée comme une photo activation de la surface des tubes qui étaient inactifs avant éclairement. L'activation est corrélée avec la dissociation de l'eau moléculaire adsorbée et l'insertion d'hydrogène dans les parois des tubes. Un modèle considérant que la variation de la courbure de bandes se fait essentiellement dans les parois des NT est proposé pour interpréter la variation de la zone de charge d'espace en fonction du potentiel, en remplacement de la relation classique de Mott-Schottky applicable uniquement à un condensateur plan. Avec ce nouveau modèle, des densités de porteur de l'ordre de 1018 cm-3 et 1020 cm-3 respectivement pour avant et après exposition UV sont déterminées, confirmant que l'activation photo-induite des parois des NT est liée à un phénomène de dopage dû à l'insertion d'hydrogène. Dans le cas de TiO2 -NT (EG), la contribution de l'adsorption de l'eau moléculaire n'est pas observée. Les spectres d'impédance avant et après exposition UV ne présentent pas de grande différence et la capacité de la zone de charge d'espace après éclairement n'est augmentée que d'un facteur 8. La simulation du comportement à l'aide du modèle montre que la densité de porteurs est de l'ordre 1020cm-3 avant et après éclairement. Autrement dit les tubes TiO2 -NT (EG) sont déjà actifs avant illumination et les effets photoinduits irréversibles sont peu marqués en comparaison des films TiO2 -NT (TB). Pour mieux cerner la nature chimique de l'état de surface observé dans le cas des nanotubes rugueux TiO2 -NT (TB), des mesures d'impédance ont été réalisées de la même manière dans des milieux acide (pH = 3,5) et basique (pH = 12,5) et comparées avec les résultats obtenus en milieu neutre Na2SO4. En milieu alcalin, la courbure de bande varie faiblement avec le potentiel appliqué traduisant un glissement des bords de bandes et le remplissage/vidage des états de surface avec le potentiel appliqué. De plus la distribution exponentielle des capacités d'états de surface est plus étalée (850 meV) en milieu basique qu'en milieu neutre (257meV) ce qui met en évidence le rôle particulier joué par les sites OH de la surface. Dans le milieu acide, un phénomène de diffusion- insertion du proton doit être prise en compte pour traduire les résultats d'impédance. H joue un rôle de donneur qui augmente le taux de dopage, et la largeur de la zone de charge d'espace dans les parois des tubes est alors très faible. La comparaison entre les comportements des NT dans les 3 milieux permet clairement d'associer les états de surface aux groupes hydroxyle présents à la surface. Dans la dernière partie de la thèse, des mesures de spectroscopie de photocourant en lumière modulée (IMPS) sont effectuées dans le milieu basique, et le résultat est discuté en comparant le comportement d'une couche de NT de TiO2 à celui d'une couche compacte de TiO2 déposé sur une feuille de titane par PVD.

La croissance, la structure et les propriétés électroniques de couches ultra-minces de platine sur les faces (0001), (10.0) et (11.0) du cobalt monocristallin sont considérées par AES, XPS, UPS, LEED et EELS. Des sandwich Co/Pt/Co ont aussi été étudiés.