Préparation de couches minces - PVD

Jusqu'à présent, les méthodes physiques les plus courantes étaient l'évaporation et la pulvérisation. Il s'agit dans les deux cas de méthodes de phase dans lesquelles le matériau source est transféré sur le substrat un par un in situ. Ces méthodes sont souvent appelées dépôt physique en phase vapeur (PVD). Le dépôt en phase vapeur est généralement effectué dans une chambre à vide poussé afin de minimiser les interférences avec les gaz ambiants.

évaporation

Il existe deux principaux types d'évaporation. Ils diffèrent par la manière dont la source est alimentée en énergie. Dans l'une des méthodes, une source sous forme de pastille est placée dans un évaporateur métallique et chauffée par un courant très élevé de l'ordre de 100 A. C'est ce que l'on appelle l'évaporation par résistance. L'avantage de cette technique est sa simplicité, car seule une alimentation en courant continu à haute intensité (basse tension) est nécessaire pour alimenter la source. Les inconvénients sont le manque d'efficacité du chauffage et la contamination. Étant donné que toutes les parties du circuit de chauffage sont plus chaudes que les particules de la source, elles s'évaporent également dans une certaine mesure, ce qui entraîne une contamination et une dessiccation.

Une deuxième méthode est le chauffage par faisceau électrique. Dans cette technique, les électrons émis par un filament chauffé sont accélérés par une haute tension de l'ordre de 10 kV et concentrés en un petit point de la particule source. Ce processus se déroulant dans le vide, les électrons peuvent être facilement accélérés et manipulés par le champ magnétique sans créer de collisions avec les molécules. Cette méthode est plus efficace car l'énergie est transférée exactement à la particule source avec un échauffement minimal des autres éléments. Par conséquent, la contamination est réduite au minimum. L'inconvénient de cette méthode est la complexité de l'alimentation électrique. La conception d'une alimentation à haute tension est plus complexe que celle d'une alimentation à basse tension et à courant élevé. Les caractéristiques de sécurité sont également un facteur important, car une tension de 10 kV DC peut être fatale. Néanmoins, l'évaporation par faisceau d'électrons reste l'une des méthodes d'évaporation les plus couramment utilisées dans le développement de couches minces.

En raison de la trajectoire physique du matériau évaporé et de l'environnement sous vide poussé, les films produits par évaporation ont tendance à être orientés et non conformes. Cela peut être un avantage dans de nombreuses applications, telles que la lithographie par décapage. La nature hautement directionnelle du flux d'évaporation est également utilisée pour une classe spéciale de films appelés films nanostructurés. Au lieu de structures isotropes empilées au hasard, ces films contiennent des nanopilliers, des nanoparticules et des nanostructures, qui peuvent être utilisés pour concevoir les propriétés électriques et optiques de ces films. Un type de structuration appelé lithographie par masque d'ombre repose également sur le dépôt en ligne de mire, pour lequel l'évaporation est bien adaptée.

pulvérisation

Le dépôt par pulvérisation cathodique utilise un plasma excité électriquement, tel qu'un plasma dans un système sous vide. Les ions du plasma sont accélérés vers la cathode et les particules neutres sont éjectées de la surface de la cathode lors du bombardement. Le précurseur éjecté s'accumule sur toutes les surfaces, y compris la surface du substrat. Par conséquent, la cathode doit être composée de la même source que le matériau déposé. Contrairement à l'évaporation, le matériau source est ici maintenu hydraté à des températures de surface basses grâce au refroidissement par écoulement. Le proton est éjecté de la source (appelée destination dans ce contexte) par transfert de quantité de mouvement et non par la chaleur. C'est la différence fondamentale entre la pulvérisation et l'évaporation. En raison de l'impulsion de l'événement, le film résultant sera beaucoup plus dense que par évaporation. Les basses températures de la cible permettent également le dépôt de certains composés, tels que les oxydes et les nitrures, qui pourraient autrement se décomposer aux températures élevées rencontrées lors de l'évaporation. Toutefois, pour les composés complexes, le dépôt par laser pulsé est la technique préférée à la pulvérisation.

La pulvérisation est plus polyvalente que l'évaporation et est plus largement utilisée dans les processus industriels parce que les cibles et les isolateurs peuvent être construits dans une variété de formes pour s'adapter aux différentes configurations de revêtement. Ils peuvent être ronds, rectangulaires, cylindriques ou d'autres formes spéciales pour répondre à des besoins spécifiques.

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