UV laser annealing of Diamond-Like Carbon (DLC) layers obtained by Pulsed Laser Deposition (PLD) : application to transparent conductive electrodes

Traitements laser UV de couches de carbone amorphe adamantin (DLC) obtenues par ablation laser pulsée (PLD) : application à la synthèse d'électrodes transparentes

François Stock (1)

1 ICube - Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie

One of the biggest challenge that optoelectronic and photovoltaic devices will have to face is the necessity to provide a reliable alternative to transparent conducting oxide (TCO) and especially to Indium Thin Oxide (ITO) widely used in display technologies. This thesis presents an alternative solution based on laser processes and carbon materials only. In a first step, Diamond-Like Carbon (DLC) is grown with a pulsed laser deposition (PLD) process. DLC is an amorphous form of carbon sharing many properties with diamond like very high transparency in the visible range and being a perfect electrical insulator. Therefore, in a second step, DLC thin films are annealed with UV laser. These surface treatments lead to the modification of the first DLC atomic layers. With this step, dominating diamond bindings (sp3) responsible of insulating properties of DLC are broken and atoms will be reorganized in graphitic bindings (sp2) leading to surface conductivity appearance. Within only surface modifications (over a few atomic layers), the interesting property of transparency is conserved with an additional attractive surface conductivity. Obtained performances clearly approach and reach ITO values. This only laser-based process offers very interesting perspectives with keeping an important compatibility with standard microelectronics technical steps.

L'un des grands défis que les technologies d'affichage (LCD, OLeds…), dispositifs optoélectroniques et photovoltaïques devront affronter dans le futur est de trouver une alternative à l'utilisation d’oxydes conducteurs transparents tel l’oxyde d’indium-étain (ITO). Le graphène, un matériau 2D conducteur et transparent à base de carbone apparait comme une alternative attractive à l’ITO. Cependant, son transfert sur grandes surfaces est complexe et délicat à mettre en œuvre. Dans cette étude, une fine couche mince de carbone adamantin (DLC : Diamond-Like Carbon) est déposée par ablation laser pulsée (PLD) sur des substrats transparents et isolants (quartz, verre…). Le DLC présente une bonne transmission dans le domaine visible et constitue un parfait isolant électrique. Il présente cependant un caractère partiellement opaque dans le domaine UV. De ce fait, un traitement laser UV permet une modification des liaisons atomiques des premières couches de sa surface et ainsi la synthèse de « graphène / graphite » sur quelques couches atomiques. Ce procédé novateur et original est basé uniquement sur des technologies lasers et offre l’avantage d’une compatibilité importante avec les procédés de la microélectronique classique.

Mots clés: Pulsed Laser Deposition; Carbon; Laser annealing; Transparent conductive electrodes

Mots clés: Ablation laser pulsée; Carbone; Traitements lasers; Electrodes transparentes

Domaines: Micro et nanotechnologies/Microélectronique; Matériaux

François Stock. Traitements laser UV de couches de carbone amorphe adamantin (DLC) obtenues par ablation laser pulsée (PLD) : application à la synthèse d'électrodes transparentes. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Université de Strasbourg, 2019. Français. ⟨NNT : 2019STRAD035⟩. ⟨tel-02519837v2⟩