Étude du dopage de couches minces de VO2 déposées par ablation laser par des éléments légers (B et C)

Abstract

Parmi tous les matériaux qui possèdent une transition de phase d’isolant à métal, le dioxyde de vanadium (VO2) a la température de transition (TIMT ≈ 68°C) la plus proche de la température ambiante. Sa transition de phase est accompagnée par une variation de résistivité électrique (Δρ) et de transmission infrarouge (ΔA) importante. Les couches minces de VO2 sont promises à de nombreuses applications dans des dispositifs électroniques et optiques. Cependant, l’utilité de ce matériau pour ces technologies serait plus importante si la TIMT était voisine de la température ambiante. Via le dopage, TIMT peut être réduite et le meilleur dopant parmi ceux étudiés jusqu’à présent est le W, mais il se traduit par une réduction de Δρ. La recherche d’un meilleur dopant qui permettrait de diminuer TIMT tout en minimisant la dégradation des propriétés électriques est donc un sujet de grande importance. Le bore et le carbone sont deux éléments qui ont été prédits par des calculs de Density Functional Theory (DFT) être d’excellents dopants pour réduire la température de transition du VO2. Par ailleurs, une technique de synthèse qui permet une haute qualité de dépôt est l’ablation laser pulsée. Le but de ce mémoire est de développer des procédés pour fabriquer par ablation laser pulsée des couches minces de VO2 dopées au bore et au carbone et d’étudier l’effet de l’incorporation de ces dopants sur les propriétés de la transition de phase des couches minces.

Of all the materials that possess a metal to insulator transition, vanadium dioxide (VO2) has the transition temperature (TMIT ≈ 68°C) closest to room temperature. This phase transition is accompanied by an important variation in electrical resistivity (Δρ) and infrared transmission (ΔA). Thin films of VO2 have the potential to be used for a wide range of applications within electronic and optical devices. However, the usefulness of this material for these technologies would be greater if TMIT was closer to room temperature. Via doping, TMIT can be reduced and the most effective dopant amongst those that have been studied is W but this type of doping causes a reduction in Δρ. The search for a better dopant that could reduce TMIT while minimizing the degradation of the electrical properties is therefore of great importance. Boron and carbon are two elements that have been predicted by Density Functional Theory (DFT) to be excellent dopants to reduce the transition temperature of VO2. On another note, one synthesis technique that results in high quality of deposition is pulsed laser deposition. The goal of this master’s thesis has been to develop methods to deposit thin films of VO2 by pulsed laser deposition doped with certain elements, namely boron and carbon, and study the effect of their incorporation on the properties of the phase transition of these thin films.