Chapitre 2 : Téchniques de dépôt :
La pulvérisation cathodique
Le modèle de Thornton (Fig. 2.15) [96] rajoute au
modèle précédent l'influence de la pression totale. Pour
une pression de travail élevée, la probabilité de chocs
accrue impose aux particules de parvenir au niveau du substrat avec une
énergie réduite limitant leur diffusion, le dépôt
est alors plus poreux.
Fig. 2. 15 La morphologie d'une CM par le modèle
M-D et Thornton.
La microstructure est contrôlé par la
température homologue T/TM (en K et non pas en °C).
Avec : T = température du substrat
TM = température de fusion (melting temperature) Zone I :
Croissance nodulaire ou colonnaire (structure poreuse) Zone T : Croissance
nanofibreuse (structure de transition) Zone II : Croissance microcristalline
orientée ou épitaxiale Zone III : Croissance isotrope (structure
recristallisée des grains)
ENIT 2009 38
Chapitre 2 : Téchniques de dépôt :
La pulvérisation cathodique
2.7 Conclusion
Le dépôt en phase vapeur physique (PVD)
présente beaucoup d'avantages par rapport au dépôt en phase
vapeur chimique. Parmi les points forts de la PVD :
- facilité de contrôle de processus qui est
extrêmement versatile, non polluant et permet le dépôt d'une
grande variété de matériaux inorganiques (métaux,
alliages, composés ou un mélange de telles espèces) ainsi
que de certains matériaux inorganiques.
- Possibilité de dépôt sur des substrats
aux formes complexes (non-plans) à des vitesses de dépôt
importantes.
- Très haute pureté et densité des
dépôts, excellente liaison au substrat et bon état de la
surface finie qui évite un traitement ultérieur.
Les grands avantages de la pulvérisation sont
l'obtention d'une qualité optique et morphologique souvent
supérieure à celle des couches obtenus par simple
évaporation ainsi qu'un meilleur transfert de la stoechiométrie,
ainsi, possibilité de faire varier la température du substrat
dans de très larges limites depuis des températures
négatives jusqu'à de très hautes températures. Par
contre, les vitesses de déposition sont plus faibles de l'ordre de la
dizaine de nm/min car le caractère isolant des cibles impose de
travailler avec des puissances réduites
Une des applications les plus fréquentes de cette
méthode est la réalisation de structures multicouches
isolant-conducteur avec des machines équipées de plusieurs cibles
haute fréquence. Ces machines sont utilisées pour la
réalisation de condensateurs en couches minces. Les vitesses de
dépôt obtenues grâce à ce procédé sont
directement proportionnelles à la puissance appliquée sur la
cible ; le courant ionique est lui aussi directement proportionnel à la
puissance dissipée dans la cible.
ENIT 2009 39
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Chapitre 3 : Elaboration et caractérisation des couches
de TiO2
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Elaboration et caractérisation des
couches minces de TiO2
3.1 Introduction 41
3.2 Elaboration des couches minces de TiO2
41
3.2.1 Préparation des substrats 41
3.2.2 Dispositif de pulvérisation
42
3.2.3 Etching 43
3.2.4 Pré-pulvérisation 43
3.2.5 Pulvérisation 44
3.3 Caractérisation structurale : Analyse par
Diffraction des Rayons X (DRX) 45
3.3.1 Principe de la méthode 45
3.3.2 Description de l'appareillage 46
3.3.3 Couches élaborées sur des
substrats de verre 49
3.3.4 Couches élaborées sur des
substrats de silicium 51
3.4 Caractérisation morphologique par
Microscopie à Force Atomique 54
3.4.1 Les modes de fonctionnement les plus courants
55
3.4.2 Dispositif utilisé 56
3.4.3 Couches de TiO2 élaborées sur des
substrats de verre 57
3.4.4 Couches de TiO2 élaborées sur des
substrats de silicium 59
3.5 Caractérisation optique des couches minces
de TiO2 62
3.5.1 Méthode de calcul des constantes optiques
62
3.5.2 Couches élaborées sur des
substrats de verre 65
3.5.3 Couches élaborées sur des
substrats de silicium 71
3.6 Caractérisation électrique
72
3.6.1 Spectroscopie d'impédance
électrique 72
3.6.2 Type de conductivité 83
3.7 Conclusion 85
ENIT 2009 40
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Chapitre 3 : Elaboration et caractérisation des couches
de TiO2
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