Deposition des couches de diamond -like arbon (dlc) sur les nanofils de silicium

Abstract

Les couches minces de DLC ont fait l’objet de nombreuses études ces dernières années, en raison de leurs applications potentiels dans plusieurs domaines tels que photovoltaïque, microélectronique, détection et biomédical. Leur utilisation dans divers domaines est due aux propriétés physico-chimiques et mécaniques intéressantes. Dans le présent travail, nous avons élaboré des films de carbone de type DLC (Diamond-Like Carbon) par la méthode électrophorétique. Ceci en utilisant des substrats de silicium et des nanofils de silicium (NFSis) obtenus par gravure chimique assistée par un métal. Dans un premier temps, nous avons effectué une étude préliminaire sur l’élaboration des films DLC sur des substrats plats en Si par électrophorèse. L’influence de plusieurs paramètres de dépôt tels que le type d’électrolyte, le temps de dépôt et le type du substrat sur les différentes propriétés a été examinée. La morphologie, la composition chimique, les phases cristallines ainsi que les performances électrochimiques ont été analysées par la microscopie électronique à balayage (MEB) couplée à l’analyse par Spectroscopie X à dispersion d'énergie(EDX), la spectroscopie Raman, la diffraction des rayons X (DRX), la voltamétrie cyclique (CV), la galvanostatique charge-décharge (GCD) et la spectroscopie d’impédance électrochimique (SIE). De plus, nous avons étudié les propriétés électriques et électrochimiques des films DLC déposés sur le Si à partir des trois électrolytes étudiés : DMSO, acétonitrile et éthanol. Cette étude nous a permis de choisir l’électrolyte le plus adéquat pour obtenir un film de DLC homogène et uniforme en l’occurrence le DMSO. Nous avons constaté que le film DLC obtenu à partir de DMSO montre les meilleures performances électrochimiques et il présente une capacité spécifique de 17mF/cm à 5mV/s et une excellente stabilité avec une rétention de 95% après 4000 cycles. Nous avons ensuite déposé des films DLC sur les nanofils de silicium (NFSis) par électrophorèse, en utilisant le DMSO comme électrolyte. L’influence des paramètres expérimentaux à savoir le temps de gravure chimique, le temps de dépôt électrophorétique et le traitement thermique ont été étudiés. Nous avons constaté que le temps de gravure chimique et le temps de dépôt électrophorétique ont un effet important sur les propriétés morphologiques et électrochimiques. Nous avons observé que la capacité spécifique diminue avec l’augmentation de la longueur des nanofils de Si, ceci est dû à la faible quantité de la matière active qui se dépose sur les NFSis. De même, nous avons remarqué que le temps de dépôt par électrophorèse peut améliorer les performances électrochimiques. La capacité spécifique atteint la valeur de 1760 (mF/cm 2 ) pour un temps de dépôt de 2 heures alors qu’elle est de l’ordre de 503.12 (mF/cm 2 ) pour une durée de dépôt de 1heure. Nous avons également remarqué que le traitement thermique à 600°C n’a aucun effet significatif sur l’amélioration des performances électrochimiques. Ceci signifie que la température n’est pas suffisante pour la transformation des phases sp . Nous avons constaté que l’électrode à base de DLC@NFSis a une stabilité cycliquequi peut maintenir jusqu’à 90% de la valeur de sa capacité initiale après 16 000 cycles dans la fenêtre de potentiel électrochimique 1V.A partir de l’étude comparative des performances électrochimiques des films DLC déposés sur le silicium massif et les nanofils de silicium, nous avons démontré que la structure DLC@NFSis présente de meilleures performances électrochimiques par rapport à celle à base de DLC@Si. Ceci nous a permis de conclure que les NFSis revêtus par les nanomatériaux à base de carbone de type DLC est un moyen prometteur pour la fabrication des supercondensateurs performants