Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
La technologie HiPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering) représente une avancée majeure en matière de dépôts physiques de films minces fonctionnels en phase vapeur (Physical Vapor Deposition). Dans un premier temps, un bref rappel de la pulvérisation cathodique magnétron conventionnelle est effectué. En second lieu, la technologie HiPIMS est présentée schématiquement en abordant notamment les difficultés de génération et de mesure des impulsions. Sont abordées également des méthodes de simulation et de conception de champs magnétiques appliquées aux dispositifs de pulvérisation magnétron. Au final, deux cas particuliers d'application de cette technologie sont exposés : la croissance de films de dioxyde de titane et de trioxyde de tungstène.
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HiPIMS technology (High Power Impulse Magnetron Sputtering) represents a major advance in the field of physical vapor deposition. This article commences with a brief review of how the conventional magnetron sputtering is performed. The HiPIMS technology is then presented schematically and the issue of generating and measuring pulses is presented. Methods for the simulation and design of magnetic fields applied to devices of magnetron sputtering are also provided. The article concludes by providing two particular application cases of this technology: the growth of titanium dioxide and tungsten trioxide films.
Auteur(s)
-
Matthieu MICHIELS : Ingénieur électronicien, assistant de recherche au sein du laboratoire de chimie des interactions Plasma Surface (ChiPS). Materia Nova, Centre de Recherche, Mons, Belgique
-
Stephanos KONSTANTINIDIS : Chercheur qualifié du FNRS, université de Mons, laboratoire de chimie des interactions Plasma Surface (ChiPS), Mons, Belgique
-
Rony SNYDERS : Professeur, université de Mons, laboratoire de chimie des interactions Plasma Surface (ChiPS) Mons, Belgique
INTRODUCTION
La technologie HiPIMS, high power impulse magnetron sputtering, représente une avancée majeure en matière de dépôts physiques de films minces fonctionnels en phase vapeur (physical vapor deposition).
Dans un premier temps, nous ferons un bref rappel de la pulvérisation cathodique magnétron conventionnelle.
En second lieu, la technologie HiPIMS sera présentée schématiquement en abordant notamment les difficultés de génération et de mesure des impulsions. Nous présenterons également des méthodes de simulation et de conception de champs magnétiques appliquées aux dispositifs de pulvérisation magnétron.
Finalement, deux cas particuliers d’application de cette technologie seront abordés : la croissance de films de dioxyde de titane et de trioxyde de tungstène.
The High Power Impulse Magnetron Sputtering technology is a remarkable advance in the field of Physical Vapor Deposition (PVD).
First, we will talk about the conventional magnetron sputtering.
Secondly, the HiPIMS technology will be presented schematically in order to highlight the difficulties to create and measure high power impulses. The simulation of the cathode magnetic field will be also emphasized in this article.
Finally, two particular cases of applications will be presented, the growth of titanium oxide thin films and tungsten oxide thin films.
HiPIMS – HPPMS – plasma – magnétron – simulation – films minces
HiPIMS – HPPMS – plasma – magnetron – simulation – thin films
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
thin films | plasma | HiPIMS | HPPMS | Magnetron | Simulation
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Exemples d’applications4. Importance du champ magnétique en pulvérisation cathodique magnétron
4.1 Présentation de deux configurations magnétron
Brièvement abordée au point 1.1, l’utilisation d’un magnétron s’avère obligatoire afin d’entretenir la décharge pour de plus faibles valeurs de pression de travail. En fonction de la configuration des aimants (le nombre, la taille, l’espacement, la puissance), on peut agir sur la trajectoire des espèces chargées (électrons et ions métalliques dans le cas de l’HiPIMS) qui peuvent être guidées et bombarder la surface du substrat, et donc fournir de l’énergie. Ce dernier paramètre est crucial lors de la synthèse de films minces fonctionnels par pulvérisation magnétron en régime de forte ionisation de la vapeur métallique, comme c’est le cas pour l’HiPIMS. Aussi, en guidant les électrons primaires (du plasma) et secondaires (de très haute énergie et issus de la surface de la cathode) on peut aussi augmenter le taux d’ionisation à proximité du substrat et, à nouveau, accroître le bombardement énergétique du substrat, favorisant ainsi la croissance d’une couche plus dense et adhérente.
Trois configurations de magnétron sont couramment distinguées .
La configuration magnétique typique d’une cathode magnétron, représentée sur la figure 6 en vue en coupe, est constituée de trois aimants symétriques. L’orientation des pôles de l’aimant central est contraire à celle des aimants extérieurs. La géométrie et le type d’aimants utilisés permettent d’obtenir trois types de pièges magnétiques (a, b, c, figure 6). Celles-ci sont décrites plus en détail ci-dessous.
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Dans un magnétron équilibré, le plasma est fortement confiné...
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Importance du champ magnétique en pulvérisation cathodique magnétron
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BELMONTE (T.) - Dépôts chimiques à partir d’une phase gazeuse - Techniques de l’ingénieur, [M 1 660] (2010).
-
(2) - HELMERSSON (U.) - Ionized physical vapor deposition (IPVD) : a review of technology and applications - Thin Solid Films, 513, p. 1-24 (2006).
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(3) - DE POUCQUES (L.) - Comparison of the ionization efficiency in a microwave and a radio-frequency assisted magnetron discharge - Surfaces & Coatings Technology, 200, 800-803 (2005).
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(4) - LOGAN (J.) - R.F. diode sputtering - Thin Solid Films, 188, 307-321 (1990).
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(5) - SAFI (I.) - Recent aspects concerning DC reactive magnetron sputtering of thin films : a review - Surface and Coatings Technology, 127, p. 203-219 (2000).
-
(6) - SOMKHUNTHOT (W.) - Bipolar pulsed-DC power supply for magnetron sputtering and thin...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
La mesure de courant en milieu industriel
ANNEXES
Materia Nova : http://www.materianova.be (page consultée le 14 août 2012)
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Dépôt par pulvérisation cathodique magnétron en régime impulsionnel avec préionisation EP 1 580 298 A1.
Pulsed Magnetron sputtering deposition with preionization US 2007/0034498 A1.
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