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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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Applications de la SALD
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3. Dynamique des fluides et SALD : des défis d’ingénierie
Du point de vue chimique, la SALD est équivalente à l’ALD et, afin que le dépôt ne se produise qu’au travers de la croissance de la couche limitée à la surface, la surface à recouvrir doit être saturée et tout précurseur physisorbé en excès ou restant au-dessus de la surface doit être enlevé dans la zone de purge. Puisque, par le principe même de la méthode SALD, les précurseurs sont fournis en continu, leur séparation efficace est une question clé et les réacteurs doivent être conçus de telle sorte que la barrière d’écoulement inerte soit efficace. Comme nous l’avons vu au § 2, ceci a été réalisé en utilisant diverses approches d’ingénierie. Afin d’évaluer l’efficacité d’un réacteur particulier, et l’effet des différentes conditions du procédé, la modélisation est fréquemment employée, comme cela est illustré ci-dessous.
Le premier avantage principal de la SALD par rapport à l’ALD est que le dépôt peut se faire beaucoup plus rapidement. Le taux de dépôt maximal réalisable dépend bien sûr du type de réacteur utilisé, mais en fin de compte, cela dépend toujours des propriétés des différents précurseurs et de la vitesse de réaction. Le temps où le substrat est en contact avec les précurseurs doit être suffisamment long pour obtenir une réaction complète (à savoir, la saturation en surface). Si l’on prend pour exemple la réaction entre le TMA et l’eau, l’échelle de temps pour la demi-réaction du TMA peut être estimée par
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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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(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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