Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Cet article traite du dépôt de films nanométriques en pulvérisation cathodique radiofréquence, réservé il y a encore quelques temps aux domaines spatial et aéronautique. Désormais, ce procédé se propage à d’autres secteurs d’activités tels que la décoration ou le biomédical. L'article s’attache tout d'abord aux décharges basse température, basse pression : décharges diode continue et décharges radiofréquence (décharges excitées par des champs électriques haute fréquence). Les paramètres de dépôt sont ensuite passés en revue : les mécanismes de pulvérisation, la puissance, la pression et la distance cible-substrat.
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INTRODUCTION
Le dépôt de couches minces de quelques dizaines de nanomètres à quelques micromètres par pulvérisation cathodique (PVD en anglais : Physical Vapor Deposition) était réservé il y a quelque temps aux domaines spatial et aéronautique. Ce procédé, s'il reste toujours très utilisé en mécanique, est maintenant économiquement abordable pour d'autres secteurs d'activité aussi variés que la décoration ou le biomédical. La plupart des machines de dépôt par pulvérisation fonctionnent en diode magnétron. Mais dans certains cas, et en particulier lors de l'utilisation de cibles isolantes, l'utilisation d'un système radiofréquence est incontournable.
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Paramètres de dépôt2. Décharge basse pression, basse température
2.1 Décharge diode continue
Pour créer une décharge dans un gaz entre deux plaques conductrices, il faut vaincre la rigidité électrique du milieu en appliquant un champ électrique important jusqu'à une tension d'amorçage Vb (breakdown en anglais). Ce potentiel Vb dépend du gaz et du produit pression × distance interélectrodes.
La fonction Vb = f (p × d) se traduit par les courbes de Paschen (figure 1). Ces courbes sont uniques pour chaque gaz puisqu'elles dépendent de la facilité d'ionisation de l'élément, donc de son environnement électronique propre.
Une fois amorcée, la décharge est autoentretenue tant qu'une tension minimale Vm est appliquée aux bornes des deux électrodes. Cette tension, inférieure à Vb, est due à la non-homogénéité de la décharge dans l'espace interélectrodes. Les variations du champ électrique sont linéaires avec la tension jusqu'à l'amorçage alors que, en présence du plasma, il règne un fort gradient de potentiel à proximité des électrodes. Ces régions à charges d'espace et à fort gradient de potentiel comprises entre une paroi polarisée et le plasma neutre (à l'échelle macroscopique) s'appellent les gaines cathodiques et anodiques.
Dans les bâtis de pulvérisation (figure 2), l'électrode polarisée négativement est composée de l'élément à pulvériser (la cible), alors que les parois de l'enceinte sont à la masse. Le substrat peut être soit à la masse, soit à un potentiel flottant, soit polarisé. Si l'électrode cible est équipée d'un cache (configuration dans les bâtis multicibles pour éviter une pollution intercible), il faut impérativement veiller à ce que celui-ci ne se trouve pas dans la gaine cathodique sous peine d'éteindre la décharge (voir littérature sur le fonctionnement des décharges).
HAUT DE PAGE2.2 Décharge radiofréquence
La pulvérisation radiofréquence a été développée pour pouvoir pulvériser des cibles isolantes, ce qui n'est pas possible en diode continue...
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Décharge basse pression, basse température
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BLAISE (G.) - * - Aspects cinématiques de l'interaction ion-surface.
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(2) - LIMOGE (Y.) - Le vide, les couches minces. - Suppl. no 224, SFV (1984).
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(3) - SIGMUND (P.) - Theory of spottering. - Physical Review vol. 181, no 2 (1969).
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(4) - SERWAY (R.) - Physics for Scientists and Engineers. - Third edition, Saunders College Publishing.
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(5) - RAIZER (Yu.P.) - Gas Discharge Physics. - Springer.
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(6) - Interactions plasmas froids matériaux. - Journée d'études « Oléron 87 », Les éditions de la physique.
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(7) - MAHAN...
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