Durable Thermochromic VO2 Films Deposited by HiPIMS

Le dioxyde de vanadium, VO2, est le matériau thermochromique le plus étudié. Il présente une transmission de la lumière infrarouge élevée à basse température et une extinction de cette dernière au-dessus de sa température critique. Ce changement de propriété est réversible et ne nécessite pas de stimulus externe. De ce fait, le VO2 est un candidat parfait pour les applications de contrôle de transfert d'énergie. L'application la plus directe est celle des vitrages dits ‘intelligents', où la couche mince thermochromique module la transmission du rayonnement solaire infrarouge en fonction de la température. Un tel dispositif contrôle la température du milieu ambiant passivement, limitant la consommation des équipements de chauffage et climatisation. Dans un objectif similaire, les matériaux thermochromiques peuvent aussi être utilisés pour créer des dissipateurs thermiques pour les satellites, appelés ‘Smart Radiative Device' (SRD). Cependant, les dispositifs thermochromiques à base de VO2 sont toujours à l'échelle du laboratoire, principalement à cause de la complexité de synthèse du VO2. Le Vanadium est en effet un métal de transition, possédant de multiple oxydes stoechiométriques dont seul le VO2 présente un intérêt pour ces applications. Un contrôle du niveau d'oxydation lors du dépôt est donc nécessaire, complexifiant l'industrialisation du procédé. De plus, la température de dépôt du matériau pour obtenir la phase cristalline, généralement 400°C, génère un cout prohibitif pour beaucoup d'industriels. Lors de la dernière décade, la communauté scientifique des dépôts physiques en phase vapeur a connu une forte effervescence autour d'une nouvelle technique, la pulvérisation magnétron pulsée de haute puissance (HiPIMS en anglais). Cette dernière combine la flexibilité des procédés de pulvérisation magnétron avec la modulation du temps d'impulsion pour obtenir un plasma de haute densité. Cette technologie est prometteuse pour le dépôt de couches minces. En particulier en mode réactif, le procédé HiPIMS offre un taux de dépôt avantageux comparé au procédé conventionnel de pulvérisations; tout en améliorant les propriétés des couches déposées, telles qu'une plus haute densité, une contrainte mécanique inférieure et un abaissement de la température nécessaire pour obtenir des couches minces cristallines. Les contributions des différents effets de la décharge HiPIMS (haut flux d'ions de basse énergie et le rayonnement du plasma) à la performance des couches ne sont pas encore expliquées, malgré une bonne connaissance du comportement de la décharge HiPIMS. De ce fait, nous avons choisi d'appliquer ce procédé au dépôt de couches minces de VO2 afin d'en améliorer les propriétés et illustrer les aventages du procédé HiPIMS pour le dépôt de ce type d'oxyde.