Dépôt chimique en solution
From Wikipedia, the free encyclopedia
Le dépôt chimique en solution, ou dépôt en bain chimique (Chemical Solution Deposition ou Chemical Bath Deposition en anglais), est un procédé de dépôt de couches minces à partir d'un précurseur en solution aqueuse[1]. Il procède généralement par nucléation hétérogène (déposition ou adsorption d'ions solvatés sur un substrat solide)[2] formant une couche mince de chalcogénure métallique (essentiellement des oxydes, sulfures et séléniures)[1] et plus rarement de composés ioniques[3]. Ce procédé permet de déposer des couches minces de manière fiable à l'aide d'équipements simples à température modérée (inférieure à 100 °C) et à faible coût[4]. Il peut de surcroît être employé pour des traitements en masse ou de dépôt continu. Les couches minces déposées par bain chimique sont utilisées de longue date dans l'industrie des semiconducteurs, les cellules photovoltaïques et les supercondensateurs, et sont également étudiées dans le domaine des nanomatériaux[5].
Utilisations historiques
Le dépôt chimique en solution est couramment employé dans l'industrie car c'est une méthode fiable, simple et bon marché comparée aux autres procédés de dépôt de couches minces, dans la mesure où elle ne demande que des infrastructures peu élaborées et utilise une solution aqueuse à température modérée[1],[4]. Cette méthode peut de plus être adaptée aux productions de masse ou en continu. Elle forme des cristaux de petite taille qui sont a priori peu adaptés aux besoins de l'industrie des semiconducteurs de pointe mais répondent en revanche très bien aux besoins en nanomatériaux. Les couches minces obtenues par dépôt chimique en solution peuvent malgré tout présenter de bonnes propriétés photovoltaïques (largeur de bande interdite) par rapport aux substances semblables obtenues par d'autres méthodes de dépôt plus sophistiquées[1].
Justus von Liebig publia en 1865 un article décrivant l'emploi de cette technique avec de l'argent pour obtenir des miroirs[6], bien que, de nos jours, on emploie plutôt des techniques d'électroplacage et de dépôt sous vide. Des couches minces de sulfure de plomb PbS et de séléniure de plomb PbSe déposées par bain chimique ont probablement été utilisées pendant la Seconde Guerre mondiale dans des détecteurs infrarouges car elles sont photoconductrices dans ces conditions[1].
Utilisations photovoltaïques
La production de cellules photovoltaïques polycristallines est une application importante du dépôt chimique en solution parce que cette méthode offre un excellent rapport entre la performance des couches minces semiconductrices obtenues et le coût de revient complet de tels composants. Cette méthode donne en effet des cristaux plus petits avec une largeur de bande interdite accrue, notamment avec le sulfure de cadmium CdS, principale substance utilisée avec cette technique dans la production de cellules au tellurure de cadmium CdTe[1],[2].
Utilisation optiques
Des couches minces déposées par bain chimique peuvent être utilisées pour absorber certaines longueurs d'onde et en réfléchir ou en transmettre d'autres car la largeur de bande interdite de ces matériaux peut être contrôlée finement par cette méthode de dépôt. Ceci peut être mis à profit pour réaliser des traitements antireflet, des filtres optiques, des polariseurs, des surfaces réfléchissantes, etc.[1],[4]. On les retrouve ainsi dans la fabrication de panneaux solaires, de LED, de varistances et de bien d'autres équipements.
Nanomatériaux
Le dépôt chimique en solution permet de produire des couches minces en nanoparticules de semiconducteurs ou de céramiques dont les propriétés et la nanostructure peuvent être étroitement contrôlées avec une fiabilité d'ordre nanométrique. Ces matériaux présentent une épaisseur, une composition et une géométrie uniformes sur la surface du substrat, dont ils épousent précisément la forme et la structure[1],[4]. Il est ainsi possible d'obtenir des couches épitaxiales polycristallines, des réseaux poreux, des nanotiges, des super-réseaux et des matériaux composites[5].
