Étude de films de Fe-O-N à composition et propriétés optiques et électriques ajustables élaborés par pulvérisation magnétron en conditions réactives

Transition metal oxynitride films are receiving more attention due to their significant potential. Indeed, the combination of nitrogen and oxygen in coatings allows access to a wide field of materials with functional properties between oxide and nitride. The purpose of this work consists of completing the knowledge of this new class of material, especially of the Fe-O-N films. A wide range of chemical composition of Fe-O-N films has been elaborated by reactive sputtering. The oxygen was introduced either with a constant mass flow rate or periodically with exponential signals. The studies by XRD and by Mössbauer spectrometry allowed to separate the films in four classes according to their rate of oxygen: iron nitrides; iron oxynitrides which crystallise in structure near ’’’-FeN, they contain up to 35 at.% of oxygen; and films which we call intermediate oxide-like; and finally hematite-like. Optical and electrical properties of Fe-O-N films showed a gradual transition between the characteristics of nitride and those of the hematite films. This evolution correlates with the different kinds of materials. This work on Fe-O-N films indicated that the reactive gas pulsing process allows depositions with a wide range of tuneable composition, consequently with tuneable properties compared to the conventional process. By controlling the oxygen amount introduced during a pulse, it is possible to predict the film’s composition, its structure and also its optical and electrical properties.Les oxynitrures de métaux de transition suscitent un intérêt croissant en raison de leurs importantes potentialités. En effet, l’association d’azote et d’oxygène dans les films permet d’accéder à tout un domaine de matériaux à propriétés fonctionnelles entre oxyde et nitrure. L’objectif principal de ce travail était de compléter les connaissances sur cette récente catégorie de matériaux, plus spécifiquement sur les films de Fe-O-N. Toute une gamme de films de Fe-O-N à composition variable en non métaux a été élaborée par pulvérisation magnétron en conditions réactives. L’oxygène a été introduit soit en continu, soit périodiquement selon des créneaux exponentiels. Les analyses par DRX et par spectrométrie Mössbauer ont permis de classer les films en quatre catégories de matériaux en fonction de leur teneur en oxygène : des nitrures de fer, des oxynitrures de fer de structure proche de ’’’-FeN contenant jusqu’à 35 % at. d’oxygène, des films que nous appelons oxyde-like intermédiaire et enfin des films d’hématite-like. Une transition progressive de l’évolution des propriétés électriques et optiques des revêtements de Fe-O-N entre les caractéristiques des nitrures et celles de l’hématite a été soulignée et corrélée aux différentes classes de matériaux. Ces travaux sur les films de Fe-O-N ont montré que le procédé avec pulsation du débit d’oxygène permet d’accéder à une gamme de composition ajustable et par conséquent une gamme de propriétés beaucoup plus étendue que le procédé conventionnel. En contrôlant la quantité d’oxygène introduite par période, il est alors possible de prévoir la composition du film, sa structure et également ses propriétés optiques et électriques