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Auteur(s)
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Sylvain AUDISIO : Docteur ès Sciences, Ingénieur Génie Physique de l’Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA) - Laboratoire de Physico-chimie Industrielle de l’INSA - Expert près la Cour d’Appel de Lyon
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Parmi les revêtements susceptibles de conférer des propriétés nouvelles aux surfaces qu’ils recouvrent, ceux obtenus par le procédé de dépôts chimiques à partir d’une phase gazeuse (Chemical Vapor Deposition : CVD) connaissent incontestablement un grand développement.
Ce procédé consiste à mettre un composé volatil du matériau à déposer en contact soit avec un autre gaz au voisinage de la surface à recouvrir, soit avec la surface en question, de façon à provoquer une réaction chimique donnant au moins un produit solide.
La température du substrat fournit l’énergie d’activation nécessaire pour déclencher la réaction chimique et favoriser, lorsqu’elle est suffisamment élevée (800 à 1 000 oC), la diffusion dans ce substrat des atomes apportés à la surface. Cette diffusion à l’état solide entraîne une modification des produits de la réaction et assure généralement une bonne adhérence au revêtement. Ce procédé permet d’obtenir des couches d’épaisseur variable de pratiquement tous les métaux, alliages ou composés métalliques, sur des matériaux conducteurs ou isolants. Il permet aussi d’obtenir, en plus des revêtements, des poudres fines ou des échantillons massifs.
L’appareillage pour l’obtention de ces dépôts varie considérablement suivant le type de dépôts que l’on désire (procédés isothermes, non isothermes, statiques, dynamiques, basse pression, etc.).
Les propriétés des revêtements (adhérence, porosité, stœchiométrie, pureté, etc.) sont généralement bonnes.
Les principaux domaines d’application du procédé CVD peuvent se classer en deux catégories suivant que le produit formé donne un revêtement (ou couche) sur un substrat, ou un produit solide indépendamment d’un substrat.
L’obtention d’un revêtement permet la protection contre l’usure mécanique (T iC, T iN, Al2O3 , etc.), la protection contre la corrosion et l’oxydation à haute température (Cr, Al, Si, etc.), la réalisation de composants pour la microélectronique (GaAs, Si, AlN, etc.).
La formation de produits solides conduit à des produits pulvérulents de grande pureté, à des monocristaux et permet de consolider des matériaux poreux ou frittés.
Les techniques CVD complètent et remplacent avantageusement d’autres modes de dépôts (évaporation sous vide, projection cathodique, électrodéposition, etc.). C’est pour cela qu’elles sont devenues prépondérantes dans des domaines industriels tels que l’aéronautique, l’électronique, la chimie, etc.
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- Version courante de sept. 2010 par Thierry BELMONTE
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Avantages et inconvénients du CVD. Comparaison avec d’autres procédés de dépôt3. Caractéristiques des dépôts obtenus
3.1 Nature des dépôts
Elle dépend du mode d’élaboration et des réactions chimiques qui interviennent :
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si le dépôt est formé directement à partir de la phase gazeuse (réactions homogènes), sans réaction du dépôt avec le substrat ni diffusion à l’état solide, il se compose d’une couche, suivant le cas, de métaux, nitrures, siliciures, borures, carbures, oxydes, etc. (figure 5) ;
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si le dépôt est formé par réactions hétérogènes et (ou) s’il y a diffusion à l’état solide, il peut être la juxtaposition de plusieurs couches de compositions différentes : solutions solides, composés métalliques, composés semi-métalliques, etc. (figure 6).
Les conditions expérimentales : température, pression partielle du composé volatil, durée de séjour des gaz dans la zone réactionnelle, géométrie de l’enceinte réactionnelle, etc., peuvent influer sur la pureté et la stœchiométrie des matériaux déposés, mais ces paramètres influent également sur la cristallisation, la vitesse (figure 7), l’homogénéité, l’uniformité et l’adhérence des dépôts.
La température, pour le dépôt d’un matériau donné, est, semble‐t‐il, le paramètre le plus important. De basses températures favorisent généralement une fine cristallisation, tandis que des températures élevées prédisposent à la formation de gros cristaux.
La pression partielle du composé volatil influe aussi sur la cristallisation. Plus la pression est basse, plus la cristallisation du dépôt est grossière et inversement. Le degré de sursaturation qui existe à l’endroit où se fait la précipitation affecte la forme du produit déposé. De faibles sursaturations favorisent le développement unidirectionnel des précipités (formation de trichites) tandis que de très grandes sursaturations conduisent à la formation de poudres amorphes, car les atomes déposés n’ont pas le temps de construire un édifice cristallin. La figure 8 résume l’influence de la température et de la sursaturation, sur la structure...
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