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Présentation
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RÉSUMÉ
L’ALD Spatial (SALD) est une variation de l’ALD où les précurseurs sont injectés en des endroits différents, et séparés par une région inerte. La croissance du film est réalisée par exposition du substrat à des emplacements contenant des précurseurs différents. Dans cet article, les principes fondamentaux de la SALD et son développement historique sont présentés. Ensuite, une description succincte des différents réacteurs développés à ce jour est fournie, suivie par la description des aspects de dynamique des fluides et les défis techniques particuliers associés à la SALD. Enfin, certaines des applications de la SALD sont décrites.
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David MUÑOZ-ROJAS : Chargé de Recherche, CNRS - Laboratoire des Matériaux et du Génie Physique (LMGP), Université Grenoble Alpes (UGA)-CNRS, Grenoble, France
INTRODUCTION
Domaine : Techniques de dépôt de couches minces
Degré de diffusion de la technologie : Croissance
Technologies impliquées : Dépôt chimique en phase vapeur
Domaines d’application : Matériaux pour l’énergie et la microélectronique, couches minces fonctionnelles, protection contre la corrosion, nano-ingénierie de la surface et interface.
Principaux acteurs français :
-
Centres de compétence : Laboratoire des Matériaux et du Génie physique (Grenoble INP, CNRS),
-
Industriels : EnHelios Nanotech
Autres acteurs dans le monde :
Beneq, Applied Materials, Jusung Engeenering, Solaytec, TNO, Kodak
Contact : [email protected]
Dans l’Atomic Layer Deposition classique (ALD), les précurseurs sont exposés séquentiellement au substrat par le biais de courtes injections, tout en étant maintenus physiquement séparés par des étapes de purge intermédiaires. L’ALD Spatial (SALD) est une variation récemment développée de l’ALD pour laquelle les précurseurs sont continuellement envoyés en des endroits différents, et séparés par une région ou zone contenant un gaz inerte. La croissance du film est réalisée par exposition du substrat à des emplacements contenant des précurseurs différents. Elle peut en outre être réalisée à la pression ambiante, sans la nécessité du recours au vide. En conséquence, l’ALD devient plus rapide, compatible avec les techniques à haut débit tels que roll-to-roll (R2R), et beaucoup plus polyvalente, plus facile et moins chère à développer à grande échelle.
Depuis les premières publications en 2004 et 2008 sur le sujet, le nombre de publications ne cesse d’augmenter, atteignant près de 70 articles en 2016. La SALD a également fait la transition du laboratoire à l’échelle industrielle et plusieurs systèmes commerciaux sont déjà disponibles à la fois pour le laboratoire et à l’échelle de la production.
Parce que au sein de la SALD, les précurseurs sont continuellement injectés, une séparation efficace par le flux de gaz/zone inerte doit être assurée. L’étude analytique de la dynamique des fluides et la modélisation sont donc couramment utilisées lors de la conception de réacteurs et pour évaluer les conditions de dépôt optimales.
La combinaison des atouts uniques de l’ALD avec des taux de dépôt beaucoup plus élevés et la possibilité de déposer à l’air, la flexibilité de la conception et le facile développement à grande échelle devraient faire de la SALD l’une des principales techniques de dépôt de couches minces.
Cet article présente les éléments nécessaires pour découvrir les principes de la SALD et ses applications.
le lecteur trouvera en fin d’article un tableau des sigles, notations et symboles utilisés tout au long de l’article.
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MOTS-CLÉS
dépôt par couche atomique dépôt par couche atomique spatiale procédé à haut débit nano-ingénierie de Surface et de l'interface dépôt de couches minces
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Dynamique des fluides et SALD : des défis d’ingénierie
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2. Garder les précurseurs séparés : Les bâtis de SALD
L’approche spatiale a prouvé être très polyvalente du point de vue technique puisque de nombreux réacteurs ont été répertoriés à ce jour. S. Nonobe et al. a proposé un réacteur spatial horizontal en quartz (voir figure 1 dans ) pour la croissance de films d’HfO2 sur substrats de silicium de surface 10 mm × 10 mm . HfCI4 (évaporé à 433 K) et O2 sont introduits dans des côtés opposés de la zone de réaction en utilisant un flux de N2 gazeux purifié. Un rideau de N2 gazeux épuré est utilisé pour empêcher les précurseurs de se mélanger. Enfin, le substrat est amené à osciller entre les différentes zones par un système commandé par ordinateur. Malgré la distribution spatiale des précurseurs, ceux-ci sont fournis de manière temporelle, puisque des injections sont délivrées au substrat une fois qu’il est en place.
La technique de SALD a également été nommée ALD en continu car dans la plupart des réacteurs SALD, les précurseurs sont continuellement injectés dans le réacteur. Tel est le cas du réacteur R2R conçu par Lotus Applied Technology . Dans ce cas, un substrat en bande est déplacé entre les zones de réacteur contenant les différents précurseurs, qui sont séparés par une zone de purge (Figures 1 et 3 dans ...
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Garder les précurseurs séparés : Les bâtis de SALD
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SUNTOLA (T.S.), ANTSON (J.) - Method for producing compound thin films. - 4, 058, 430 (1977).
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(2) - SUNTOLA (T.S.), PAKKALA (A.J.), LINDFORS (S.G.) - Apparatus for performing growth of compound thin films. - 4, 389, 973 (1983).
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(3) - NONOBE (S.), TAKAHASHI (N.), NAKAMURA (T.) - Solid State Sci. - 6, 1217-1219 (2004).
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(4) - LEVY (D.H.) - * - PROCESS FOR ATOMIC LAYER DEPOSITION. US 7, 413, 982 B2 (2008).
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(5) - DICKEY (E.), BARROW (W.A.) - J. Vac. Sci. Technol. A Vacuum, Surfaces, Film. - 30, 021502 (2012).
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(6) - MAYDANNIK (P.S.), KÄÄRIÄINEN (T.O.), CAMERON (D.C.) - Chem. Eng. J. - 171, 345-349 (2011).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Laboratoires de Recherche
TNO – Innovation for life
Delft TU – Université technologique de Delft
Astral – Lappeenranta University of Technology – Finlande
UCAM – University of Cambridge – UK.
LMGP – Laboratoire des matériaux et du génie physique – Grenoble
http://www.lmgp.grenoble-inp.fr
Searl – Hangyang University – Corée du Sud.
https://gogohanguk.com/fr/universities/seoul/hanyang-visiting-program/
Jeju National University – Corée du Sud
NCHU – National Chung Hsing University – Taïwan
ConstructeursLotus AT – Lotus Applied Technology
Solaytec
Levitech
Beneq
Applied Materials
http://www.appliedmaterials.com
Jusung Engineering
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