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Traitement thermique par injection d'un gaz caloporteur
L'invention concerne le domaine des traitements thermiques de matériaux
notamment
en couches minces, et plus particulièrement les traitements thermiques dits
rapides
(traduction du terme anglais Rapid Thermal Process ). Il s'agit typiquement
de
procédés capables d'appliquer des montées d'au moins 700 C en une durée de
l'ordre
de la minute.
Cette technique est avantageuse notamment pour recuire des semi-conducteurs en
couches minces déposées sur substrats.
L'inertie du four dans lequel est appliqué le traitement thermique est un
problème
permanent dans ce type de technique. Il est en effet difficile de contrôler
les montées
en température (et aussi les refroidissements, notamment mais non
exclusivement pour
les effets de trempe).
En outre, des capteurs de température sont habituellement positionnés
nécessairement
prés des éléments chauffants et près du substrat pour en connaître la
température, le
plus précisément possible. Une adaptation industrielle de ce type de procédé
pour des
substrats de grande dimension nécessite alors des coûts importants.
On connaît actuellement des procédés de traitement thermique rapide basés sur
plusieurs sortes de technologies :
- le recuit par infrarouge : les longueurs d'onde utilisées sont des
infrarouges courts
(0,76 à 2p m) ou moyens (2 à 4 p m) ; la température du substrat (et de la (ou
des)
couche(s) que porte le substrat) est contrôlée par la puissance émise par les
émetteurs infrarouges et peut suivre des montées très rapide comme par exemple
atteindre 700 C en moins d'une minute ;
- le recuit par défilement dans une enceinte chaude : le substrat transite
d'une
enceinte froide à une enceinte chaude éventuellement par l'intermédiaire d'une
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enceinte tampon à température intermédiaire ; la vitesse de défilement du
substrat
permet le contrôle des rampes de température ;
- le recuit par induction : le substrat est déposé sur un porte-substrat
magnétique et
un champ magnétique est appliqué en créant un courant induit dans le porte-
substrat, lequel s'échauffe par effet Joule en chauffant le substrat.
Le premier type de procédé présente certains inconvénients :
- il s'agit d'un processus de recuit indirect qui s'effectue par
l'intermédiaire de la
lumière ;
- de plus, le comportement thermique des enceintes de réaction sont
dépendantes des
caractéristiques optiques du substrat ;
- en outre, il est possible de contrôler des montées en température mais
pas des effets
de trempe.
Ces facteurs rendent le contrôle de la température délicat.
Le deuxième type de procédé présente l'inconvénient d'utiliser une enceinte
chaude
restant donc à température fixe. L'enceinte doit avoir alors une dimension
adaptée à la
surface du substrat, ce qui augmente la consommation d'énergie et de là les
coûts
d'application industrielle.
L'intérêt manifeste du troisième type de procédé est la vitesse élevée de
montée en
température (plusieurs centaines de degrés par seconde). Toutefois, dans
certaines
applications, le substrat est souvent en verre et chauffe alors beaucoup plus
rapidement
sur sa face inférieure (en contact avec le porte-substrat) que sur sa face
supérieure, ce
qui provoque des gradients thermiques dans l'épaisseur de verre. Les
contraintes
thermiques provoquées conduisent souvent à une rupture du verre.
Dans tous les procédés présentés ci-dessus, il est difficile, voire
impossible, de mesurer
la température réelle de l'échantillon. La mesure de température est toujours
indirecte
(sur le porte-substrat, sur une paroi du four, ou autre).
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La présente invention vient améliorer la situation.
Elle propose à cet effet un procédé de traitement thermique d'un précurseur
réagissant
avec la température, comportant les étapes :
- préchauffer ou refroidir un gaz caloporteur à une température contrôlée,
et
- injecter le gaz préchauffé ou refroidi sur le précurseur.
Ainsi, le traitement thermique par projection d'un gaz chaud permet de fixer
la
température du substrat et de la couche mince qu'il porte. On choisit
préférentiellement
un gaz à capacité calorifique élevée. Par exemple, l'argon est un bon
candidat, déjà en
tant que gaz neutre (donc non susceptible de réagir de façon non souhaitée
avec la
couche mince), mais aussi pour ses capacités calorifiques. Le gaz monte donc
très vite
en température et apporte alors la chaleur directement à la surface du
substrat.
Il n'est plus nécessaire de positionner un capteur de température à proximité
du
substrat. La projection de gaz peut être en continu. Le contrôle de la
température en
chauffage (et en refroidissement aussi) est avantageusement atteint par des
techniques
à très bas coût de mise en oeuvre. Un outil de gestion des rampes de
température en
montée et en refroidissement permet alors de coupler les contrôles à la fois
du
chauffage et du refroidissement du substrat. La projection du gaz à la surface
du
substrat permet de contrôler la température réelle appliquée.
Outre la température du gaz caloporteur, on contrôle aussi le débit du gaz à
l'injection
sur le précurseur. Comme on le verra en référence aux figures 4(a) et 4(b), ce
paramètre a une influence sur la température de surface du précurseur recevant
l'injection de gaz.
Outre la température du gaz caloporteur, on contrôle aussi une distance entre
le
précurseur et une sortie d'injection du gaz sur le précurseur. Comme on le
verra encore
en référence aux figures 4(a) et 4(b) décrites ci-après, ce paramètre a aussi
une
influence sur la température de surface du précurseur recevant l'injection de
gaz.
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Le gaz caloporteur peut comporter au moins un élément parmi l'hydrogène,
l'argon et
l'azote, ces gaz étant avantageux en raison de leurs capacités thermiques pour
le
transport de la chaleur.
Le préchauffage du gaz comporte, dans une réalisation concrète décrite ci-
après, une
élévation en température du gaz de l'ordre de 1000 C.
Dans ces conditions, l'injection de gaz produit une montée en température à la
surface
du précurseur recevant le gaz, de l'ordre de quelques dizaines de degrés par
seconde,
pour un débit de gaz injecté de l'ordre de quelques litres par minute (par
exemple entre
3 et 6 litres par minute).
L'élévation de température du précurseur peut atteindre en surface au moins
400 C en
quelques dizaines de secondes, avec une distance entre le précurseur et une
sortie
d'injection du gaz sur le précurseur inférieure à cinq centimètres.
Pour le refroidissement, le procédé peut comporter en outre une injection de
gaz froid,
par exemple après le recuit pour produire un effet de trempe. Avantageusement,
la
surface du précurseur recevant le gaz froid peut être refroidie à une vitesse
de l'ordre
de 100 C en quelques secondes.
Une telle réalisation décrite ci-dessus est avantageuse, notamment mais non
exclusivement, pour un précurseur comportant des espèces atomiques des
colonnes I et
III, et éventuellement VI, de la classification périodique des éléments, pour
l'obtention,
après traitement thermique, d'une couche mince sur substrat d'un alliage I-III-
VI2 à
propriétés photovoltaïques. On peut également la considérer pour des éléments
des
colonnes I, II, IV, VI (préférablement Cu, Zn, Sn, S ou Se) pour la formation
d'un
alliage I2-II-IV-VI4. Des éléments de la colonne V, comme le phosphore peuvent
être
considérés aussi, notamment pour la formation d'alliages II-IV-V (par exemple
ZnSnP).
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La présente invention vise aussi une installation de traitement thermique pour
la mise
en oeuvre du procédé ci-avant, et comportant :
- un circuit d'acheminement du gaz comportant des moyens de chauffage et/ou
5 des moyens de refroidissement du gaz, et
- un injecteur du gaz sur le précurseur, terminant le circuit précité.
Dans un exemple de réalisation décrit en détails ci-après, l'injecteur peut
simplement
se présenter sous la forme d'une tubulure (portant la référence 5 sur la
figure 8(a) ou la
figure 8(b)) d'un conduit (3) d'injection du gaz sur le précurseur.
Dans une réalisation possible, les moyens de chauffage comportent une
résistance
thermique apte à dégager de la chaleur par application d'un courant circulant
dans la
résistance. Ainsi, les moyens de chauffage peuvent comporter en outre un
circuit de
commande de l'intensité de ce courant pour régler la température de chauffe de
la
résistance et, de là, la température du gaz à injecter.
Les moyens de refroidissement peuvent comporter un module à effet Pelletier
et/ou un
circuit réfrigérant, ainsi qu'un circuit de commande aussi pour régler la
température de
refroidissement du gaz.
Il est avantageux de prévoir dans le circuit d'acheminement du gaz au moins
une
vanne d'arrêt/circulation du gaz (pour un fonctionnement binaire de
l'injection comme
on le verra dans la description détaillée ci-après). Cette vanne peut servir
aussi à régler
le débit de gaz injecté.
L'installation comporte avantageusement des moyens de déplacement relatif de
l'injecteur par rapport au précurseur, au moins en hauteur (en configuration
verticale
ou non) pour régler une distance entre l'injecteur et le précurseur (et, de
là, la
température à la surface du précurseur comme décrit ci-après en référence aux
figures
4(a) et 4(b)).
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L'installation peut comporter aussi des moyens de déplacement du précurseur,
par
rapport à l'injecteur, sur un tapis roulant dans une direction perpendiculaire
à un axe
d'injection du gaz issu de l'injecteur. Un exemple de ce type d'installation
pour la mise
en oeuvre d'un procédé de type dit en batch sera décrit plus loin en
référence à la
figure 8(a). Ce type de procédé est avantageux notamment pour des précurseurs
déposés sur substrats non souples, par exemple en verre.
Dans le cas où le précurseur est une couche mince déposée sur un substrat
souple,
l'installation peut être conçue pour opérer selon un procédé de type dit en
roll-to-
roll . A cet effet, l'installation comporte deux rouleaux motorisés sur
lesquels le
substrat est enroulé, et, par action des rouleaux, le substrat s'enroule sur
un rouleau et
se déroule de l'autre rouleau, créant un déplacement du précurseur, par
rapport à
l'injecteur, dans une direction perpendiculaire à un axe d'injection du gaz
issu de
l'injecteur (figure 8(b) sur laquelle les rouleaux précités comportent les
références
R1,R2).
Bien entendu, d'autres avantages et caractéristiques de l'invention
apparaîtront à
l'examen de la description détaillée d'exemples possibles de réalisation,
présentée ci-
après, et des dessins ci-annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement une installation pour la mise en
oeuvre de
l'invention,
- la figure 2 illustre en particulier la zone recuite sur un précurseur,
par la mise en
oeuvre du procédé de l'invention,
- la figure 3 illustre schématiquement un dispositif utilisé pour la
caractérisation
thermique;
- les figures 4(a) et 4(b) illustrent des évolutions temporelles de
température de
réaction Tr en fonction de paramètres d'injection du gaz tels que le débit D
du gaz
dans un conduit d'injection et la distance x entre la tubulure de sortie de ce
conduit
et le précurseur, respectivement pour un débit D=3 litres par minute (a) et
D=6
litres par minute (b) ;
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- la figure 5 illustre une combinaison en parallèle d'éléments chauffants
pour
contrôler les vitesses de montée et de descente en température du gaz ;
- la figure 6 illustre une combinaison en série d'éléments chauffants pour
contrôler
les vitesses de montée et de descente en température du gaz ;
- la figure 7 montre un exemple de rampe de traitement thermique possible à
partir
d'une installation présentée en figure 5 ou en figure 6 ;
- les figures 8(a) et 8(b) représentent schématiquement un exemple
d'intégration de
l'installation sur une ligne industrielle, respectivement de type batch
(a) ou de
type roll to roll (b).
Ci-après on décrit à titre aucunement limitatif une application du procédé de
l'invention à la fabrication d'alliages de type I-III-VI2 de structure
cristallographique
de type chalcopyrite et à propriétés photovoltaïques. On cherche à faire
réagir à
pression contrôlée un précurseur (en forme de couche mince) dans une
atmosphère
réactive. La notation I (respectivement III et VI ) désigne les
éléments de la
colonne I (respectivement III et VI) de la classification périodique des
éléments, tels le
cuivre (respectivement l'indium et/ou le gallium et/ou l'aluminium, et le
sélénium
et/ou le soufre). Dans une réalisation classique, le précurseur comporte des
éléments I
et III, et il est obtenu sous la forme d'un alliage I-III suite à un premier
recuit ( recuit
réducteur défini ci-après). Une fois que les éléments I et III ont été bien
mélangés
dans l'alliage obtenu après ce premier recuit, on procède à un recuit réactif,
en
présence d'élément(s) VI, pour leur incorporation dans l'alliage I-III et pour
la
cristallisation de l'alliage final chalcopyrite I-III-VI2. Cette réaction est
dite de
sélénisation et/ou de sulfuration , dans ce contexte.
Bien entendu, dans une autre forme de réalisation, l'élément VI peut être
également
présent initialement dans la couche précurseur et le procédé de l'invention
prévoit
l'injection d'un gaz chaud pour recuire le précurseur et obtenir sa
cristallisation selon
la stoechiométrie I-III-VI2.
Dans la suite, il est désigné par:
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- précurseur : un dépôt composé d'un ou plusieurs des éléments : Cu, In,
Ga, Al
mais aussi possiblement Se, S, Zn, Sn, 0, sur un substrat ;
- recuit réducteur : un recuit du précurseur avec un gaz comportant au
moins l'un
des éléments : alcool, amines, hydrogène (H2) ;
- recuit réactif : une réaction de cristallisation qui consiste à faire
réagir avec un
élément réactif le précurseur ayant subi ou non un recuit réducteur préalable
;
- D : la valeur de débit du gaz injecté sur le précurseur ;
- x : une distance entre le substrat et une tubulure d'un conduit
d'injection du gaz sur
le précurseur ;
- T : la température des éléments chauffants du gaz;
- Tr : la température de recuit à la surface du précurseur.
En référence à la figure 1, un flux d'entrée de gaz 1 subit une modification
de
température, par exemple une élévation de température, dans une enceinte
thermique comportant un conduit 3 renfermant un élément chauffant 4 auquel est
appliquée une alimentation électrique 2. En sortie 5 du conduit 3, le gaz
présente une
température T(0,D,T0) qui est fonction de son débit D dans le conduit 3 et de
la
température To de l'élément chauffant 4. La référence 6 de la figure 1 désigne
ici un
précurseur à base de Cu, In, Ga, Zn, Sn, Al, Se, et/ou S, subissant un
traitement
thermique (ou recuit ci-après) à une température Tr(x,D,T0). Cette
température de
recuit Tr dépend, là encore, du débit D et de la température To de l'élément
chauffant,
mais aussi de la distance x séparant le précurseur 6 de la tubulure de sortie
5 du
conduit 3. On peut prévoir avantageusement en outre un circuit 7 de
récupération des
gaz. Plus particulièrement, les gaz injectés peuvent être récupérés, pour être
ensuite
chauffés à nouveau et réinjectés sur le précurseur de façon à avoir un circuit
fermé,
avantageux pour des questions de coûts.
Comme illustré sur la figure 2, le recuit par propulsion de gaz chaud
présente, parmi
ses avantages, celui de recuire uniquement la surface A d'un précurseur sur
substrat B.
En effet, il a été observé que la propulsion du gaz affecte directement la
surface du
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précurseur et permet un recuit local (zone A). L'autre partie (partie B) est
chauffée
différemment (chauffée dans une moindre mesure et surtout plus lentement).
Or, cette propriété est avantageuse, notamment lorsque le substrat présente
des
fragilités mécaniques, dans des conditions de variations thermiques. Tel est
le cas par
exemple des substrats de verre, classiquement utilisés pour la fabrication de
panneaux
solaires, sur lesquels sont déposées des couches photovoltaïques I-III-VI2
souvent par
l'intermédiaire de couches de molybdène.
Ainsi, un premier avantage d'un tel recuit localisé en surface du précurseur
est d'éviter
la casse du substrat en verre.
Des mesures de la température d'un flux d'argon en sortie de l'enceinte, en
fonction :
- de la distance x au plan de sortie 5 du conduit 3,
- et du débit D de gaz
ont été réalisées.
Le gaz utilisé est, dans cet exemple de réalisation, de l'argon à une pression
P de 1 bar
en entrée 1 de l'installation et à température ambiante (autour de 20 C).
On a représenté sur la figure 3 les éléments d'un dispositif pour mesurer la
température
du gaz en sortie 5. Une consigne de température To (par exemple T0=1000 C) est
donnée à l'élément chauffant (par exemple à l'aide d'un circuit de commande
comprenant un variateur de type potentiomètre, réglant l'intensité aux bornes
de
l'élément chauffant 4, telle une résistance chauffante par exemple). Le débit
D du gaz
peut être géré par le degré d'ouverture d'une vanne en amont de l'entrée 1
(non
représentée sur la figure 3) et peut faire l'objet d'une consigne fixe D=Do.
En
revanche, on cherche ici à mesurer la température Tr en fonction en
particulier de la
distance x en sortie 5 de l'enceinte (donnée par exemple en cm par une règle
de mesure
MES).
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L'évolution temporelle de la température Tr, pour différentes distances
mesurées x, est
donnée sur la figure 4(a) en particulier pour un débit D de gaz (Argon) de 3
litres par
minute. On a représenté une même évolution sur la figure 4(b) mais avec un
débit D de
6 litres par minute. L'instant 0 sur l'axe des abscisses correspond à
l'ouverture de
5 la vanne d'injection de gaz dans l'enceinte 1.
On observe alors que:
- plus on s'éloigne de la sortie 5 (distance x croissante), plus la
température Tr
atteinte diminue ;
10 - plus on augmente le débit D, plus la température Tr augmente
rapidement, d'une
part, et moins la température Tr atteinte est dépendante de la distance,
d'autre part.
Ainsi, un deuxième avantage de l'invention consiste en ce qu'il est possible
de
contrôler très finement la température Tr du gaz injecté sur le précurseur,
par un
contrôle du débit de gaz D et de la position x du substrat par rapport à la
sortie 5.
On a représenté alors sur les figures 5 et 6 une installation utilisant une
combinaison
d'éléments chauffant/refroidissant à faible inertie thermique. La figure 5
présente une
combinaison en parallèle d'éléments chauffant et refroidissant. Le gaz en
entrée 1 est
orienté par l'intermédiaire d'une vanne V1 à trois voies vers deux circuits
(un circuit
chaud à température de consigne Tc et un circuit froid à température de
consigne Tf).
Si le gaz passe par le circuit chaud (comportant une résistance chauffante 14
pilotée
par une alimentation électrique variable 12), sa température est contrôlée par
un circuit
de commande comprenant par exemple un potentiomètre fixant par exemple une
tension d'alimentation 12. Puis, le gaz suit son trajet à travers une vanne V2
à trois
voies et sort du conduit 5 pour apporter de la chaleur à la surface du
précurseur. Dans
le cas où il est orienté par la vanne V1 dans le circuit froid (comportant par
exemple un
circuit réfrigérant 24 piloté par une alimentation électrique réglable 22), le
gaz se
refroidit et en particulier, sa température de refroidissement est contrôlée
par un circuit
de commande (comprenant par exemple un potentiomètre) fixant par exemple une
tension d'alimentation 22.
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Dès lors que les alimentations 12 et 22 sont réglables, il n'est aucunement
nécessaire
de prévoir deux conduits distincts (un chaud et un froid) et, en référence à
la figure 6, il
peut être avantageux de mettre en oeuvre une combinaison en série d'éléments
chauffant et refroidissant. La température de refroidissement Tf de l'élément
refroidissant 24 est contrôlée par la tension de l'alimentation électrique 22
et il en est
de même pour l'élément chauffant 14 avec l'alimentation 12. En outre, on peut
ici se
servir du refroidissement du gaz par l'élément 24 pour faire transiter un gaz
froid dans
l'élément chauffant 14 pour accélérer son refroidissement.
La figure 7 illustre à titre d'exemple une rampe de température avantageuse
pour une
sélénisation, appliquée en combinant la variation de débit D au chauffage des
éléments
de la figure 6 pour une position du précurseur à une distance x fixe.
La température du gaz est portée de la température ambiante (par exemple 25 C)
à
600 C en une minute. La température de l'élément chauffant augmente. Il se
stabilise
pour appliquer un palier à 600 C pendant une minute. Puis, l'élément
refroidissant est
enclenché pour que le gaz se refroidisse ici en une minute jusqu'à 400 C. Les
tensions
d'alimentation des deux éléments chauffant et refroidissant sont stabilisées
et le débit
du gaz est fixe pour assurer un palier d'une minute à 400 C. Enfin, le gaz est
refroidi
de 400 C à ¨10 C en 2 minutes pour produire un effet de trempe par exemple.
L'élément chauffant est arrêté et l'élément refroidissant est actif pendant
cette période.
On comprendra ainsi que le procédé au sens de l'invention peut avantageusement
comporter :
- une ou plusieurs étapes d'injection de gaz chaud pour produire une montée
en
température à la surface du précurseur recevant le gaz, de l'ordre de quelques
dizaines de degrés par seconde,
- une ou plusieurs étapes de maintien à température sensiblement constante
du
précurseur, et
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- une ou plusieurs étapes d'injection de gaz froid pour produire un
refroidissement
en température à la surface du précurseur recevant le gaz, de l'ordre de
quelques
dizaines de degrés par seconde.
Ces étapes peuvent être, pour certaines, interverties de manière à définir des
périodes
successives de chauffage, de maintien en température ou de refroidissement,
comme
représenté sur la figure 7.
En particulier, ces étapes de chauffage, maintien en température, ou
refroidissement
s'enchaînent selon une succession prédéterminée définissant un profil temporel
de
variation de température appliquée à la surface du précurseur recevant le gaz,
comme
le profil représenté à titre d'exemple sur la figure 7, pour une séquence
choisie de
traitement thermique du précurseur.
On décrit ci-après un exemple de choix possible de matériel pour contrôler la
température du gaz injecté.
Concernant les éléments chauffants 14, des résistances chauffantes (sous forme
de
bande ou de fil) composées d'un alliage de fer, chrome, nickel et aluminium,
capable
de monter à 1400 C, peuvent par exemple être utilisées. Elles sont disponibles
dans le
commerce (par exemple distribuées par l'entreprise suédoise Kanthal ).
Concernant les éléments refroidissants, des modules à effet Peltier, ou encore
un
circuit de gaz froid transitant dans un serpentin, peuvent être utilisés. Les
modules à
effet Peltier sont des systèmes thermoélectriques fonctionnant comme suit :
une
différence de potentiel appliqué à un module permet d'obtenir un
refroidissement
jusqu'à 18 C en dessous de la température ambiante. Pour descendre plus bas en
température, on connait aussi des systèmes par compresseur de vapeur qui
permettent
d'atteindre des valeurs en dessous de 0 C. Il existe dans le commerce des
refroidisseurs de gaz dont plusieurs produits sont présentés notamment sur le
site
www.directindustry.fr
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Par la mise en oeuvre de l'invention, il est possible d'appliquer des rampes
de
température ultra rapides , à savoir de l'ordre de 500 C en moins d'une demi-
minute sur la surface d'un échantillon par propulsion de gaz chaud, et ce sans
inertie
thermique. L'intégration du procédé de l'invention dans une ligne de
production
industrielle de panneaux solaires notamment est avantageuse avec des recuits
rapides
nécessitant des temps de maintien en température très faibles (de 1 à 5
minutes pour
l'inter-miction d'élément VI dans le précurseur par exemple).
En référence à la figure 8(a), des échantillons à recuire viennent en
défilement sur une
ligne selon un procédé dit en batch . Les échantillons 52 sont disposés les
uns
derrière les autres sur un tapis défilant 51, le tapis amenant ainsi chaque
précurseur
pour être traité thermiquement sous le conduit 3 d'injection de gaz (flèche
54). Le tapis
s'arrête le temps nécessaire pour traiter le précurseur. Lorsque la durée de
traitement
est dépassée. Le tapis apporte l'échantillon suivant, selon le sens de
défilement 53, et
répète la séquence. Un tel type de procédé est adapté notamment lorsque le
substrat est
non souple, par exemple en verre.
On décrit maintenant, en référence à la figure 8(b), un procédé dans lequel le
substrat 6
est souple (par exemple un feuillard métallique ou en polymère(s)) et déroulé
entre
deux rouleaux R1, R2, selon un procédé de type dit Roll to Roll . Dans ce
cas, le
substrat 6 portant le précurseur est débobiné et le traitement s'effectue
directement sur
sa surface (flèche 54).
D'une manière similaire au précédent mode de réalisation (figure 8(a)), le
précurseur
se déroule progressivement par action des rouleaux R1, R2. La partie à traiter
est
placée sous le conduit d'injection 3. Le déroulement est alors arrêté. Après
traitement,
une autre partie du précurseur non traitée se substitue à la précédente par
actionnement
des rouleaux R1, R2 et le procédé est répété.
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La mise en oeuvre de l'invention peut être totalement automatisée puisqu'une
simple
électrovanne à l'entrée du conduit 3 (et/ou encore en amont du conduit 3)
permet de
laisser passer ou non un gaz chaud (ou froid). Une conception binaire du
fonctionnement de telle(s) électrovanne(s) permet de déterminer le temps de
défilement du précurseur en lien exact avec le temps de son traitement.
Il est possible alors de prévoir une synchronisation entre le défilement d'un
précurseur
et son traitement thermique. On peut considérer en particulier deux états
binaires
(injection de gaz chaud ou non) pour l'application d'un traitement sur le
précurseur et
son défilement. Un état 1 correspond alors à l'application du traitement
thermique
sur le précurseur, et l'état 0 correspond à l'arrêt du traitement
thermique.
Néanmoins, pour rappel, la température sur le précurseur peut être finement
réglée
ensuite en fonction :
- du débit D du gaz injecté,
- de sa température en sortie du conduit 3,
- et de la distance x entre l'ouverture du conduit 3 et le précurseur à
traiter.
On notera alors qu'il est possible de faire varier la hauteur de la tubulure
de sortie du
conduit 3 pour régler la température souhaitée du précurseur, selon donc un
déplacement vertical de la tubulure.
On peut prévoir aussi de régler finement le déplacement latéral de la tubulure
(dans
une direction perpendiculaire au défilement du substrat) pour effectuer une
succession
de traitements thermiques locaux et donc recuire toute la surface du substrat
par
déplacement selon les deux axes perpendiculaires au conduit 3. On peut ainsi
recuire
toute une surface de substrat ou n'appliquer qu'un traitement thermique local.
Il est possible de recuire des précurseurs provenant d'une étape antérieur de
fabrication
et obtenus par diverses techniques (électrolyse, pulvérisation de cibles ou
sputtering , imprimerie), en présence ou non d'agents réactifs.
CA 02834209 2013-10-24
WO 2012/153046 PCT/FR2012/050994
On peut appliquer alors traitement thermique ultrarapide à la surface d'un
substrat, et
ce dans une gamme de température très large (de -50 C à 1000 C), en contrôlant
finement des vitesses de montée en température et des vitesses de
refroidissement (par
l'intermédiaire du débit du gaz, de sa température et de la position du
substrat).
5
Selon un autre avantage, l'injection du gaz sur le précurseur peut être
effectuée dans
des conditions de pression atmosphérique et ainsi, il n'est pas nécessaire de
prévoir
l'injection dans une enceinte fermée sous vide ou à basse pression.
L'injection peut
s'effectuer à l'air libre.
