Le dépôt de couches minces est la technologie qui consiste à appliquer un film très mince de matériau – entre quelques nanomètres et environ 100 micromètres, soit l’épaisseur de quelques atomes – sur une surface de « substrat » à revêtir, ou sur un revêtement précédemment déposé pour former des couches. Les procédés de fabrication par dépôt de couches minces sont au cœur de l’industrie des semi-conducteurs, des panneaux solaires, des CD, des lecteurs de disques et des dispositifs optiques d’aujourd’hui.
Le dépôt de couches minces est généralement divisé en deux grandes catégories : les systèmes de revêtement par dépôt chimique et par dépôt physique en phase vapeur.
Le dépôt chimique se produit lorsqu’un précurseur fluide volatil produit un changement chimique sur une surface, laissant un revêtement déposé chimiquement. Un exemple est le dépôt chimique en phase vapeur ou CVD utilisé pour produire les matériaux solides les plus purs et les plus performants dans l’industrie des semi-conducteurs aujourd’hui.
Le dépôt physique en phase vapeur fait référence à une large gamme de technologies où un matériau est libéré d’une source et déposé sur un substrat en utilisant des processus mécaniques, électromécaniques ou thermodynamiques. Les deux techniques les plus courantes de dépôt physique en phase vapeur ou PVD sont l’évaporation thermique et la pulvérisation.
Évaporation thermique
Processus d’évaporation thermique
L’évaporation thermique consiste à chauffer un matériau solide qui sera utilisé pour revêtir un substrat à l’intérieur d’une chambre à vide poussé jusqu’à ce qu’il commence à bouillir et à s’évaporer en produisant une pression de vapeur. À l’intérieur de la chambre de dépôt sous vide, même une pression de vapeur relativement faible est suffisante pour élever un nuage de vapeur. Ce matériau évaporé constitue maintenant un flux de vapeur que le vide permet de déplacer sans réagir ou se disperser contre d’autres atomes. Il traverse la chambre et frappe le substrat, s’y collant sous forme de revêtement ou de film mince.
Il existe deux méthodes principales pour chauffer le matériau source pendant l’évaporation thermique. L’une est connue sous le nom d’évaporation par filament, car elle est réalisée avec un simple élément chauffant électrique ou filament. L’autre source de chaleur commune est un faisceau d’électrons ou une évaporation par faisceau d’électrons, où un faisceau d’électrons est dirigé vers le matériau source pour l’évaporer et entrer dans la phase gazeuse.
Les systèmes d’évaporation à couches minces peuvent offrir les avantages de taux de dépôt relativement élevés, d’un contrôle en temps réel du taux et de l’épaisseur, et (avec une configuration physique appropriée) d’un bon contrôle de la direction du flux d’évaporation pour des procédés tels que le Lift Off pour obtenir des revêtements à motifs directs.
Pulvérisation
La pulvérisation implique le bombardement d’un matériau cible avec des particules à haute énergie qui doivent être déposées sur un substrat comme une tranche de silicium ou un panneau solaire. Les substrats à revêtir sont placés dans une chambre à vide contenant un gaz inerte – généralement de l’argon – et une charge électrique négative est placée sur le matériau cible à déposer, ce qui fait briller le plasma dans la chambre.
Les atomes sont « pulvérisés » de la cible par des collisions avec les atomes du gaz Argon, transportant ces particules à travers la chambre à vide et sont déposés sous forme de film mince. Plusieurs méthodes différentes de systèmes de revêtement par dépôt en phase vapeur par plasma sont largement utilisées, notamment la pulvérisation par faisceau d’ions et la pulvérisation assistée par ions, la pulvérisation réactive dans un environnement d’oxygène gazeux, le flux de gaz et la pulvérisation magnétron.
Pulvérisation par magnétron
La pulvérisation par magnétron utilise des aimants pour piéger les électrons au-dessus du matériau cible chargé négativement afin qu’ils ne soient pas libres de bombarder le substrat, empêchant l’objet à revêtir de surchauffer ou d’être endommagé, et permettant une vitesse de dépôt de film mince plus rapide. Les systèmes de pulvérisation magnétron sont généralement configurés en « ligne », où les substrats se déplacent le long du matériau cible sur un type de bande transporteuse, ou en cercle pour les applications plus petites. Ils utilisent plusieurs méthodes pour induire l’état de haute énergie, y compris des sources de magnétron à courant continu (CC), à courant alternatif (CA) et à radiofréquence (RF).
Par rapport à l’évaporation thermique qui utilise des températures de chauffage plus conventionnelles, la pulvérisation a lieu dans l’environnement plasma « Quatrième état de la nature » avec des températures et des énergies cinétiques beaucoup plus élevées permettant un dépôt de film mince beaucoup plus pur et plus précis au niveau atomique.
Quelle approche est le bon choix pour vos besoins spécifiques en matière de système de revêtement par dépôt de couches minces peut dépendre de nombreux facteurs complexes – et plus d’une approche peut être adoptée pour atteindre des fins similaires. Vous voulez toujours obtenir l’aide d’un expert compétent en ingénierie du vide pour évaluer vos besoins exacts et vous offrir le résultat optimal au meilleur prix.
Matt Hughes est président de Semicore Equipment Inc, un fournisseur mondial de premier plan d’équipements de pulvérisation pour l’électronique, l’énergie solaire, l’optique, le médical, le militaire, l’automobile et les industries de haute technologie connexes. Veuillez laisser notre personnel d’assistance serviable répondre à toutes vos questions concernant « Qu’est-ce que le dépôt de couches minces ? » et comment mettre en œuvre les meilleures techniques pour vos besoins spécifiques en équipement de dépôt de couches minces en phase vapeur en nous contactant à [email protected] ou en appelant le 925-373-8201.
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