Toward understanding and control of silver solid-state dewetting
Vers la compréhension et le contrôle du démouillage des couches d'argent
Résumé
Silver thin films are widely used in the glass industry for their insulation properties. Their stability is crucial. This work focus on silver solid-state dewetting (i.e. agglomeration) on amorphous silica substrates, divided into two axes: understanding the mechanisms thanks to in situ experiments and controlling the dewetting thanks to the patterning of the substrate at the nanoscale. The various in situ microscopy techniques revealed the role of specific grains in the dewetting mechanism. Dewetting proceeds into three steps: induction, propagation and sintering. Throughout these steps, the grains that eventually give birth to particles are identified, even as early as induction. Dewetting is strongly impacted by the oxygen content of the annealing atmosphere. When present, oxygen promotes the growth of very specific grains, where all dewetted material agglomerates. Without oxygen, silver is distributed on a larger number of grains, surrounding the holes that take a dendritic shape. A cautious image processing procedure allowed us to conclude that the capillary models usually invoked were not suitable for our system. A new model, based on the role of individual grains, is suggested. Dewetting on patterned substrates is a way to produce large arrays of organised nanoparticles. A method was developed to minimize in these arrays the number of defects inherent to dewetting. Optical measurements on such arrays showed that the spatial organisation of the particles led to a specific signature in optical absorption.
Les couches minces d’argent sont largement employées dans l’industrie verrière à des fins d’isolation ; leur instabilité est un problème critique. Les travaux ont porté sur l’étude du démouillage (i.e. agglomération) de couches minces d’argent sur de la silice amorphe, selon deux axes : la compréhension du mécanisme par l’emploi de méthodes in situ et le contrôle du démouillage induit par une texturation du substrat à l’échelle nanométrique. Les différentes techniques de microscopie in situ ont permis de mettre en évidence le rôle particulier joué par certains grains lors du démouillage. Celui-ci se déroule en trois étapes distinctes : l’induction, la propagation, et le frittage. Les grains qui donnent lieu à des particules à la fin du démouillage sont identifiables durant toutes ces étapes. Le démouillage est fortement influencé par la présence d’oxygène dans l’atmosphère de recuit. En présence d’oxygène, certains grains très spécifiques accumulent la matière provenant du démouillage. En absence d’oxygène, l’argent se répartit sur davantage de grains, les trous adoptent une forme dendritique. Une analyse d’image a permis de montrer que le modèle capillaire usuellement employé dans la littérature ne permettait pas de décrire l’évolution constatée. Un nouveau modèle, fondé sur le rôle individuel des grains, a été proposé. Le démouillage sur des surfaces texturées permet d’obtenir des rangées de particules nanométriques organisées. Une méthode a été développée afin de minimiser les défauts intrinsèques à la méthode. Des mesures optiques effectuées sur ces échantillons ont mis en évidence une modification de l’absorption due à l’organisation spatiale des particules.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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