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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)
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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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Paramètres de dépôt
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1. Principe
1.1 Bref historique
Les premières expériences de dépôt en couche mince par PLD surviennent peu après la découverte du laser. H.M. Smith et A.F. Turner déposent la première couche mince en 1965 , mais c’est seulement en 1987 que la PLD prend son essor avec les premiers dépôts en couche mince de supraconducteurs à haute température YBa2Cu3O7 par D. Dijkkamp, X. Wu et T. Venkatesan. La PLD apporte enfin une technique permettant de déposer en couches minces des matériaux complexes . En octobre 2020, on compte plus de 25 000 publications utilisant la PLD (plateforme Web of Science en réponse à la requête « pulsed laser deposition »).
HAUT DE PAGE1.2 Mécanismes
Lorsque la fluence (énergie du laser par unité de surface) du faisceau laser focalisé sur la cible est faible, celui-ci génère une élévation de température au point d’impact. Pour des intensités plus élevées, la température superficielle de la cible atteint la température de vaporisation, provoquant une évaporation locale...
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Principe
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/
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QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE
1/ Quiz d'entraînement
Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.
2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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