2.6.1.2 Le plasma (ou bien luminescence
négative)
Le plasma est un gaz électriquement neutre, mais
conducteur et généré par excitation d'origine
électrique, magnétique ou thermique ; il constitue le
quatrième état de la matière et est formé d'un
ensemble de particules libres (électrons et espèces neutres :
atomes, molécules), d'ions et de photons (Fig.2.7). Cet ensemble
respecte globalement la neutralité de charges. Dans cet état
l'énergie apportée au gaz provoque une dissociation des atomes.
Lorsque l'apport d'énergie est global, il y a équilibre thermique
(températures supérieures à 10 000°C) on parle alors
de plasma chaud. Lorsque l'apport d'énergie est restreint aux
électrons (décharge), le milieu est hors équilibre
thermique on parle alors de plasma froid. Pour produire les particules
énergétiques qui pulvérisent la cible, un des moyens, est
donc de créer un plasma, c'est à dire d'initier et d'entretenir
une décharge électrique entre deux électrodes dans un gaz
d'argon à faible pression (de quelques mTorr).
ENIT 2009 30
Chapitre 2 : Téchniques de dépôt : La
pulvérisation cathodique
Les particules du plasma sont en mouvement sous l'action de
sources d'énergie électrique, les électrodes (la cathode
chargée négativement et l'anode chargée positivement).
C'est le principe de la pulvérisation cathodique diode (Fig.2.7).
Fig. 2. 7 Principe de la pulvérisation
cathodique diode
Ces particules sont généralement les ions
d'argon Ar+ du plasma, accélérés dans le champ
électrique de la cible, portée à une tension
négative par rapport à celle du plasma. Les particules
pulvérisées sont en général électriquement
neutres. Elles sont diffusées dans toute l'enceinte. Un certain nombre
d'entre elles sont recueillies sur un support appelé substrat,
placé en face de la cible, et sur lequel elles forment une couche mince.
Donc le plasma, appelé aussi la décharge luminescente, est la
base de la pulvérisation cathodique.
2.6.1.3 La gaine ou obscur de Crookes
Etant donné la faible mobilité des ions par
rapport aux électrons, une grande partie du potentiel électrique
appliqué entre l'anode et la cathode est consommée dans l'espace
obscur de Crookes ou gaine de cathode au voisinage de la cathode.
L'épaisseur de celui-ci varie de 1 à 4 cm selon la pression et la
densité de courant. Par conséquent, un champ électrique
important règne dans cette région de telle sorte que les ions
allant du plasma vers la cathode s'y trouvent fortement
accélérés.
La figure 2.8 représente les phénomènes
qui se produisent dans le plasma et la gaine de cathode. Les ions argon qui
sont formés dans le plasma sont accélérés par le
champ électrique de l'espace sombre ou gaine de cathode et vont
bombarder la cible, éjectant des atomes superficiels et des
électrons secondaires. Ces électrons sont
accélérés à leur tour par le potentiel de la gaine
et pénètrent dans le plasma où ils entrent en collision
avec les atomes, les ionisant, et contribuant
ENIT 2009 31
Chapitre 2 : Téchniques de dépôt : La
pulvérisation cathodique
ainsi à entretenir la décharge. Le potentiel le
plus positif est appelé potentiel plasma Vp. Ce potentiel est toujours
négatif.
Luminescence négative
Ar
Ar
Courbe de décharge luminescente
Ar+
Gaine de cathode
Courbe de décharge électrique
Électrons secondaires
Ar
V cathode (<0)
V
Cible
Fig. 2. 8 Décharge et zone de luminescence
négative (plasma)
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