Abstract:
Conductive and transparent materials are highly sought for the conception of devices such as photovoltaic pannels or light-emitting diodes. Nowadays, the most commonly used transparent conducting oxide (TCO) is ITO (Indium-Tin oxide). Considering the depletion of indium on Earth, it is important to find alternatives. Amongst all the candidates studied by the sientific community, SrVO3 has proven to be a good challenger to replace ITO, due to its similar electrical and optical properties.
The first part of this study focuses on the growth and characterization of SrVO3 thin films deposited on different substrates by reactive magnetron sputtering (Ar + H2). We demonstrate, by an optimization of the growth parameters, the possibility to obtain on Si substrates covered with an anatase TiO2 buffer layer, semi-conducting films with promising TCO properties. The main interest of this approach is its perfect compatibility with microelectronic industry standards.
In a second step, numerical simulations, carried out by ab-initio DFT-type methods, were performed in order to understand the unexpected behaviors of our films, observed experimentally.
Keywords: DFT, Numerical simulations, Reactive sputtering, Thin films, Transparent conductive oxides.
Étude d’une nouvelle génération d’oxydes transparents conducteurs : films minces de SrVO3 déposés par pulvérisation magnétron réactive
Résumé :
Les matériaux conducteurs électriquement et transparents à la lumière visible sont très demandés pour diverses applications technologiques telles que les panneaux photovoltaïques ou les diodes électroluminescentes. De nos jours, l’oxyde transparent conducteur (TCO) le plus utilisé dans le monde est l’ITO (Indium-Tin Oxide). Du fait de l’appauvrissement des ressources en indium sur Terre, il est important de trouver des alternatives à ce matériau. Parmi tous les candidats étudiés par la communauté scientifique, le SrVO3 s’est révélé être un candidat prometteur pour remplacer l’ITO, du fait de ses propriétés électriques et optiques similaires.
La première partie de cette étude porte donc sur la croissance et la caractérisation de couches minces de SrVO3 déposées sur différents substrats par pulvérisation magnétron réactive (Ar + H2). Nous avons démontré qu’en optimisant les paramètres de croissance il est possible d’obtenir, sur des substrats de Si recouvert d’une couche tampon de TiO2 anatase, des films semi-conducteurs ayant des propriétés prometteuses. Le principal intérêt de cette approche est qu’elle est parfaitement compatible avec les standards de l’industrie de la microélectronique.
Dans un second temps, des simulations numériques réalisées par des méthodes ab-initio de type DFT (Density Functionnal Theory) ont été effectuées pour comprendre les comportements inattendus de nos films, observés expérimentalement.
Mots-clés : DFT, Simulations numériques, Pulvérisation réactive, SrVO3, Oxydes transparents conducteurs.