LA METHODE ELECTROCHIMIQUE DE CROISSANCE DU CIS

LA METHODE ELECTROCHIMIQUE DE CROISSANCE DU CIS

 Intérêt de la méthode

La méthode électrochimique de dépôt présente un grand intérêt pour la réalisation de composés semi-conducteurs. Il rend non s eulement possible le contrôle des réactions et des propriétés des dépôts, mais s’effectue à basse température et offre la possibilité de traiter de grandes surfaces à faibles coûts. Ce qui le rend très attractif pour des applications industrielles notamment la production de photopiles en couches minces. II-2 Bases théoriques du dépôt cathodique d’alliages Avant 1900, les connaissances sur le dépôt d’alliages étaient très limitées et entièrement empiriques puisque aucune recherche scientifique systématique n’avaient été effectuée à ce sujet. Le premier travail scientifique sur le dépôt d’alliage fut l’œuvre de Fritz Spitzer en 1905[62], et était consacré aux potentiels de cathode dans l’électrodépôt du laiton. Ce travail fut très incomplet car il ne prenait pas en compte les effets des multiples variables impliquées sur la composition des dépôts.

Additivité des courants

La période moderne du dé pôt d’alliages doit être considérée comme ayant commencé avec les travaux de Robert Kremann qui fut le premier à avoir conduit munitieusement des études scientifiques systématiques sur le dépôt d’alliages[62]. Ces études portant sur plusieurs alliages et prenant en compte les potentiels et les effets des multiples paramètres impliqués dans le dépôt furent aussi complètes que l’on ne pouvait s’y attendre à cette époque. Ses études reposent sur une théorie selon laquelle la cinétique réduction d’ions métalliques lors de leur co-dépôt est la même que lors de la décharge individuelle des métaux purs. En effet si nous considérons la réaction globale suivante : Mm+ + N n+ + (n + m)e- MN (II-1) dans laquelle l’élément N est supposé être plus noble que l’élément M ( 0 EN > 0 EM ), cette théorie suppose que le courant total JMN associé à cet te réaction est la somme des courants partiels JM et JN associés aux réactions individuelles de réduction des éléments M e t N -26- respectivement. La réaction (II-1) peut alors être considérée comme la somme des deux réactions partielles suivantes: Mm+ + m e- M (II -2) Nn+ + ne- N (II -3) Dans le cas où le dépôt des éléments est contrôlée par la diffusion, l’allure des courbes intensité-potentiel est telle que présentée sur la figure II-1. Dans ce cas la composition du dépôt est à chaque potentiel déterminée par le rapport des courants JM et JN [7]. Figure II-1 Allure des courbes intensité-potentiel -27- Cependant, le dépôt d’alliages métalliques ou de matériaux composés est souvent plus difficile à réaliser que ne le prévoit la figure II-1. En particulier, lorsque les potentiels standard des deux éléments sont très différents, de bons alliages ne peuvent généralement pas se former; l’élément le plus noble ayant tendance à se déposer de manière prépondérante. Dans la pratique la considération la plus importante est la différence entre les potentiels standard des deux éléments. Pour réaliser de bons alliages, ces potentiels doivent être assez proches l’un de l’autre. Dans le cas contraire, il est possible, par des méthodes adéquates, de les rapprocher. Deux approches sont alors possibles.

Utilisation de complexes d’ions

Beaucoup de métaux électrodéposés sont obtenus à partir de solutions dans lesquelles le métal est présent sous forme de complexes plutôt que sous la forme d’ions simples. Cette approche est intéressante pour deux raisons principales : – elle permet un contrôle cinétique des réactions de décharge, conduit à u ne meilleure organisation structurale des dépôts et donne des dépôts plus lisses et plus brillants avec des grains plus fins. – Le plus grand avantage de cette approche est qu’elle permet de rapprocher les potentiels de dépôts des constituants de l’alliage ou du composé défini. Les solutions de dépôt d’alliages contenant des agents complexant peuvent être de trois sortes[62] : • des solutions dans lesquelles les ions complexes des deux éléments sont formés à partir du même agent complexant • des solutions dans lesquelles les ions complexes des deux éléments sont formés à partir de deux agents complexant différents. • des solutions dans lesquelles on utilise un agent complexant sélectif. L’un des éléments est sous forme d’ion simple alors que le second est sous forme d’ion complexe.