Pascal Carriere, Sandra Onard Effet de confinement sur la réticulation d’un réseau époxy supporté en couche mince ? Pascal Carriere, Sandra Onard LCP –Pôle Matériaux – MAPIEM Journée « Caractérisation des nanostructures », le 19 mars 2008

Problématique Epaisseur des films dans cette étude : 70 nm à 250 nm La structure d’un réseau époxy en couche mince est-elle homogène ? La température de transition vitreuse dépend-elle de l’épaisseur ? A quelle échelle1 doit-on s’intéresser ? Echelle nanométrique ? Epaisseur des films dans cette étude : 70 nm à 250 nm 1 Pascault, JPS, 2000, V41, 2422 - 2432

Préparation des couches minces Wafer de Silicium 1 US dans l’éthanol 2 Piranha solution (H2SO4/H2O2, 70°C, 30min) O H 4 à 9 OH par nm2 Dépôt par spin-coating Solution dans le toluène de DGEBA - DDM O C H 3 2 n DGEBA n = 0,16 DDM Cycle de cuisson : ½ H à 70°C, 1H à 110°C épaisseur = f(Concentration)

Caractérisation des couches minces : 1/ conversion Taux de réticulation des films : IRRAS (Ie/Ir) avant cuisson (Ie/Ir) après cuisson α = 1 - (Ie: intensité de la bande epoxy Ir: intensité de la bande de référence) Bande de Référence C-H aromatique (830 cm-1) Avant cuisson Cycle Oxirane (915 cm-1) Après cuisson Bande réacive Angle d’incidence de 50° : αmoyen ~ 0.7 pour l’ensemble des épaisseurs de films

Caractérisation des couches minces : 2/ homogénéité Analyse de surface : AFM Image topographique Image en phase nm deg Topographie (rms ~ 0,3 nm) Pas de différences de viscoélasticité pour des domaines supérieur à 10 nm

Caractérisation des couches minces : 3/ température de transition vitreuse Analyse thermique : µTA 2 points de changement de pente 2 Sonde T° z 1 Polymère Tg1 ~ 98°C(+/-5°C) Tg2 ~ 142°C(+/-6°C) Substrat Faible densité de réticulation (excès de DDM)1 Layer at the air surface: Tg1 Sub-layer: Tg2 Plus importante densité de réticulation 1Yim, Macromolecules, 1999, 7932 - 7938

Caractérisation des couches minces : 3/ Tg = f ( épaisseur ) ? Analyse thermique : µTA enfoncement constant de l’ordre de 10 nm +/- 5 Faible densité de réticulation (excès de DDM) Layer at the air surface: Tg1 Sub-layer: Tg2 Plus importante densité de réticulation

C-O-C aliphatique (1110 cm-1) Caractérisation des couches minces : 4/ chimie du réseau = f ( épaisseur ) IRRAS : Spectre e = 160 nm Avant cuisson Après cuisson C-O-C aliphatique (1110 cm-1) Ethérification avec la de l’épaisseur Portée ?

Caractérisation des couches minces : 5/ Tg∞ = f ( épaisseur ) ? Analyse thermique : µTA Angle d’incidence de 50° : α ~ 1 réther = 0,48 r éther post cuisson = 0,50 Excès d’amines Layer at the air surface: Tg1 Sub-layer: Tg2 ? Forte réactivité/interactions avec la surface

Caractérisation des couches minces : 6/ Stratification Single cantilever tool Layer at the air surface: Tg1 ? Sub-layer: Tg2 Post-cuisson : T1 = cte et T2 augmente

Caractérisation des couches minces : 6/ Stratification Modification accélération lors du dépôt par spin-coating T = 148 °C Layer at the air surface: Tg1 ? Sub-layer: Tg2

Conclusion La structure d’un réseau époxy en couche mince est-elle homogène ? Effet de stratification dû à la méthode de dépôt La réseau n’est pas homogène dans l’épaisseur du film Importance de la présence de la surface La question de l’échelle ? Effet de stratification : 50 - 60 nm Ethérification à la surface : 10-15 nm

Perspectives Greffer les surfaces et les nanotexturées Réduire l’épaisseur des films à quelques nm Etudier les propriétés thermomécaniques des films qui ont démouillés Au dépôt A la réticulation Confiné les systèmes réactifs entre plots de chimie et de géométrie contrôlée Intérêt nanoTA pour les polymères nanoorganisés