Soutenance de thèse de Sirine Ben Khemis

Sirine Ben Khemis, doctorante dans l'équipe Propriétés des amorphes, liquides et minéraux (PALM) soutient sa thèse le lundi 6 décembre 2021 à 10 h 00

IMPMC - Sorbonne Université - 4 place Jussieu, 75005 Paris, tour 23, 4e étage, couloir 22-23, salle 401

Couche mince de silice amorphe dopée en alumine comme barrière de diffusion dans les verres fonctionnalisés

Résumé

Les verres fonctionnalisés par le dépôt des couches minces sont généralement soumis à des traitements thermiques (550 °C-650 °C). Lors de cette étape, différents phénomènes de diffusion chimique peuvent avoir lieu entre le substrat de verre et les couches minces, ce qui peut conduire à la dégradation des performances de certains produits. À ce titre, des couches barrières sont souvent intégrées à l’empilement de couches afin de limiter la diffusion ionique.

Dans ce cadre, ces travaux se sont consacrés à l’étude des propriétés des couches minces de silice dopées en alumineutilisées comme couche barrière de diffusion. L’enjeu de cette étude réside dans les faibles épaisseurs et la nature amorphe des films de silice ce qu’a demandé des développements spécifiques pour leur caractérisation.

Les phénomènes de diffusion des alcalins de verres vers les couches de silice pulvérisées et les mécanismes sous-jacents sont mal connus. Ils dépendent de la structure à plusieurs échelles de la couche barrière. Les objectifs de la thèse découlent directement de ce constat : étudier la structure atomique et établir la corrélation entre celle-ci et la diffusion des alcalins. L’investigation de cette relation structure atomique-propriétés est complétée par l’étude de l’impact des différents facteurs comme le dopage en alumine et la pression de dépôt.

Alumina-doped silica thin layer used as a diffusion barrier film in functionalized glasses

Abstract

Functionalized glasses with thin films are generally subjected to thermal treatments at high temperatures (550 °C -650 °C). During this step, chemical diffusion phenomena can take place from the glass substrate towards the thin layers, which can lead to the degradation of product’s performance (figure). As such, barrier layers are often incorporated into the thin films stack to limit ion diffusion. Little experimental data exist on the mechanisms of the alkali diffusion from the glass substrate to the sputtered silica thin films.

Within this framework, the properties of alumina-doped silica thin films, used as a diffusion barrier layer, were investigated. The challenge of this study comes from the nanometric thicknesses and the amorphous nature of the silica films, which asked a special characterization development.

In addition to the composition of the glass substrate, the structural properties of the silica layers are the key parameters controlling the alkali diffusion from the glass substrate towards the thin film. The Al₂O₃ doping of the silica film has been shown to strongly enhance the diffusion of alkali ions from the glass substrate, to ensure the charge compensation of the AlO₄^- tetrahedra. The increase in deposition pressure affects the kinetics of alkali diffusion by generating porous, proton-rich, structure

Jury

• Christine MARTINET, Ingénieure de recherches HDR, ILM, Univ. Lyon (Rapportrice)
• Constantin VAHLAS, Directeur de Recherche, CIRIMAT, Univ. Toulouse (Rapporteur)
• Etienne BARTHEL, Directeur de Recherche, SIMM, ESPCI Paris (examinateur)
• Wilfried BLANC, Directeur de Recherche, INPHYNI, Univ. Côte d’Azur (examinateur)
• Simona ISPAS, Maitre de conférence HDR, L2C, Univ. Montpellier (examinatrice)
• Rémi LAZZARI, Directeur de Recherche, INSP, Sorbonne Univ. (examinateur)
• Laurent CORMIER, Directeur de Recherche, IMPMC, Sorbonne Univ. (Directeur)
• Ekaterina BUROV, Ingénieure de recherche, SGR-SVI, Paris (Co-directrice)
• Jean-Thomas FONNÉ, Ingénieur de recherche, SGR, Paris (Invité)