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RÉSUMÉ
Cet article est une revue de la technique de dépôt en couche mince par ablation laser pulsé ou Pulsed Laser Deposition (PLD). Cette technique de dépôt physique par phase vapeur (PVD) consiste à focaliser un laser de haute puissance sur une cible contenant les espèces chimiques du matériau à déposer. Dans le cas d’une épitaxie, la PLD est communément dénommée Laser-MBE. Sont tout d’abord décrites les mécanismes mis en jeu dans la PLD, le dispositif expérimental et les avantages et les inconvénients de la PLD. Ensuite, sont traités les paramètres de dépôt ainsi que quelques techniques avancées relatives à la PLD. Enfin, quelques exemples d’applications de cette technique sont présentés.
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Lire l’articleAuteur(s)
-
Thomas FIX : Chargé de recherche au CNRS - Laboratoire ICube, - Université de Strasbourg et CNRS, Strasbourg, France
INTRODUCTION
L’ablation laser pulsé ou Pulsed Laser Deposition (PLD) est une technique de dépôt physique en phase vapeur (PVD), qui consiste à focaliser un laser de haute puissance sur une cible contenant les espèces chimiques du matériau à déposer. La cible et le substrat sont situés dans un bâti sous vide ou sous atmosphère réactive comme O2. Cette technique permet d’obtenir des dépôts amorphes, polycristallins, texturés, ou épitaxiés. Dans ce dernier cas, la PLD est communément dénommée Laser-MBE en référence à la technique d’épitaxie par jet moléculaire (Molecular-Beam Epitaxy). Un des grands avantages de la PLD est la possibilité d’exploration rapide de nouveaux matériaux, du fait de faibles contraintes sur la taille et la qualité de la cible de départ, et du faible nombre de paramètres à optimiser.
Dans cet article, nous décrivons tout d’abord, après un bref historique, les mécanismes mis en jeu dans la PLD, le dispositif expérimental et les avantages et les inconvénients de la PLD. Ensuite, nous détaillons les paramètres les plus importants dans ce type de dépôt, avant d'exposer quelques techniques avancées in situ telles que le RHEED (Reflection High Energy Electron Diffraction), la SHG (Second Harmonic Generation), les dépôts combinatoires et les dépôts sur large surface. Enfin, sont présentés quelques exemples de matériaux déposés comme les oxydes, les nitrures, les métaux, les matériaux carbonés et biomatériaux, les polymères et les molécules organiques.
Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et un tableau des sigles utilisés.
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Sigles
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6. Glossaire
fluence (ou fluence énergétique)
Énergie délivrée par le laser par unité d’aire sur la surface de la cible. Elle est généralement exprimée en J/cm2, et souvent estimée grâce à un joulemètre et du papier thermique.
laser excimère
Type de laser ultraviolet couramment utilisé en PLD. Il est basé sur un excimère, dimère qui n’est stable qu’à l’état excité et qui se dissocie à l’état fondamental. Les lasers excimères les plus utilisés en PLD sont KrF* à 248 nm et ArF* à 193 nm.
laser-MBE ; laser-molecular beam epitaxy
Technique de PLD généralement couplée avec un RHEED et fonctionnant sous ultravide, permettant de déposer en mode couche par couche comme dans le cas de la MBE.
RHEED ; reflection high energy electron diffraction
Technique d’analyse in situ utilisée couramment en PLD. Il s’agit d’une technique de diffraction des électrons de haute énergie en incidence rasante donnant des informations sur l’état de la surface des échantillons.
splashing (dépôt de gouttelettes ou de particules)
Présence de particules ou de gouttelettes sur la surface déposée, de taille allant de centaines de nanomètres à dizaines de micromètres, représentant l’inconvénient le plus récurrent du dépôt par PLD.
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SMITH (H.M.), TURNER (A.F.) - Vacuum Deposited Thin Films Using a Ruby Laser. - Appl. Optics 4, p. 147 (1965).
-
(2) - EASON (R.) - Pulsed laser deposition of thin films applications-led growth of functional materials. - Wiley, 754 p. (2007).
-
(3) - KREBS (H.U.), WEISHEIT (M.), FAUPEL (J.), SÜSKE (E.), SCHARF (T.), BUBACK (M.) - Pulsed Laser Deposition (PLD) – A Versatile Thin Film Technique. - In : Kramer B. (eds) Advances in Solid State Physics vol. 43. Springer, Berlin, Heidelberg (2003).
-
(4) - FIX (T.) - Couches minces de Sr2FeMoO6 élaborées par ablation laser pour des jonctions tunnel magnétiques. - Thèse de doctorat, Université de Strasbourg (2006).
-
(5) - JELLITE (M.), REHSPRINGER (J.-L.), FAZIO (M.A.), MULLER (D.), SCHMERBER (G.), FERBLANTIER (G.), COLIS (S.), DINIA (A.), SUGIYAMA (M.), SLAOUI (A.), CAVALCOLI (D.), FIX (T.) - Investigation of LaVO3 based compounds as a photovoltaic absorber. - Sol. Energy 162, p. 1...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
AdNaNo
Neocera
PVD Products
Solmates
SPECS
Surface
TSST
HAUT DE PAGE1.2 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
REseau Croissance et InsTrumentation en Ablation Laser (RECITAL)
https://www.u-picardie.fr/recital/
Groupement de recherche (GDR) 3660 « Oxydes fonctionnels : du matériau au dispositif » (OXYFUN)
https://oxyfun2020.sciencesconf.org/
HAUT DE PAGE
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