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Caractérisation de la réaction interfaciale entre une couche mince de tungstène et un substrat d'acier


par Mourad Khechba
Université de Constantine - Magister 2008
Dans la categorie: Sciences
   
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I.2.1. Généralité :

Le dépôt des couches minces sur les différents substrats est un étape essentielle dans la majorité des domaines de la technologie moderne, il existe plusieurs méthodes pour fabriquer des matériaux (semi-

appel à trois composantes différentes, comme présenté sur la figure I.1:

Substrat Milieu Sources du

matériaux pour dépôt

Figure I.1: Le procédé du dépôt des couches minces [4].

Une source : le matériau à déposer est concentré dans un creuset, plaque métallique

Un substrat : c'est la pièce à revêtir, c'est ici qu'intervient le phénomène de condensation.

Un milieu : c'est l'espaces compris entre la source et le substrat, c'est le siége du phénomène de transfert de la matière, cela peut être le siége de réactions chimiques intervenant entre les atomes du matériau à déposer et un gaz réactif [4].

Le dépôt est formé à partir d'espèces constituantes (atome, molécules, particules solides, et particules liquides). Ces espèces viennent d'une source et sont par la suite transportés vers un substrat à travers un milieu de type:

Passif

Actif

 

Généralité et contexte bibliographique.

Les principales méthodes utilisées pour fabriquer des couches minces sous vide font appel à la technique de dépôt chimique en phase vapeur (CVD : Chemical Vapor Deposition) [5] et de dépôt physique en phase vapeur (PVD : Physical Vapor Deposition) [6]. La classification des méthodes est présentée sur le schéma de la figure I.2 [7].

- Processus Physique
(PVD)

- Processus Chimique
(CVD)

- CVD

-Pulvérisation Cathodique - Processus thermique

- laser CVD

- plasma CVD

- DC diode - faisceau d'électrons

- DC triode - Implantation d'ions

- RF diode - laser

- RF triode - MBE

Figure I.2: Méthodes générales de dépôt des couches minces sous vide [7].

I.2.2. Dépôt chimique en phase vapeur (CVD) :

Le procédé de dépôt chimique en phase vapeur consisteà mettre un composé volatil du matériau à déposer en contact soit avec un autre gaz au voisinage de la surfaceà recouvrir, soit avec la surface elle-même (figure I.3). On provoque alors une ou plusieurs réactions chimiques, donnant au moins un produit solide. Les autres produits de réaction doivent être

faut systématiquement un apport énergétique pour favoriser ces réactions. La réaction est activée par la température du substrat qui doit être chauffé à une température en rapport avec le matériau déposé [8].

 

Généralité et contexte bibliographique.

WF gaz+3H2 Wsolide+6HFgaz

WF+H2

Figure I.3: Schéma de principe de dépôt chimique en phase vapeur (CVD).

A titre d'exemple, le dépôt d'un film de tungstène très réfractaire peut se faire à l'aide d'une méthode décrite par l'équation suivante :

600°C

WFgaz + 3H2 gaz

 
 

Wsolide + 6Hfgaz

 

Cette formule implique que si l'on mélange deux gaz WF et H2, une couche mince de tungstène peut être obtenue. Avec la méthode CVD, il est possible de déposer des matériaux

La réaction chimique peut être également activée à l'aide d'un plasma. Cette méthode s'appelle "CVD plasma" ou PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition). Dans ce cas, il y a création en plus des particulesénergétiques [9].

La fabrication des couches minces métalliques grâce à ces méthodes s'est particulièrement développée ces dernières années. Les avantages de ce procédé sont les suivants : il est facile d'obtenir un assez grand nombre d'éléments ou de composés chimiques. On obtient une bonne qualité des couches, un excellent recouvrement des marches, et une bonne adaptabilité dans une chaîne de production. En plus, elle offre la possibilité de réaliser des dépôts sélectifs [5], ce qui permet d'éliminer une étape de gravure et de planarisation de la surface. Les inconvénients sont les suivants : les films sont peu denses, ils sont souvent contaminés par des gaz très réactifs issus de la réaction chimique (hydrogène, fluor, chlore...), tous les matériaux ne peuvent être déposés par CVD, et le système de dépôt est une mise en

 

Généralité et contexte bibliographique.

I.2.3. Dépôt physique en phase vapeur (PVD) :

Le développement de la technologie de vide a progressé considérablement pendant les trois dernières décennies et cela a permis le développement des techniques de dépôt sous vide telles que les techniques de base de la PVD sont : l'évaporation et la pulvérisation sous toutes ses formes. Ces techniques de dépôt permettent l'obtention d'une large varëté de matériaux à température de dépôt relativement basse (< 500 °C), par exemple [10].

Films d'oxydes (ZrO2, SiO2, Al2O3, TiO2

Films de nitrures, de siliciures, de carbures, de borures et de fluorures.

Ces techniques ont été largement utilisées pour l'obtention des revêtements réfractaires résistants à l'érosion età l'usure, comme par exemple WC [11-12].

Le dépôt physique en phase vapeur (PVD) présente beaucoup d'avantages par rapport au dépôt chimique en phase vapeur, par exemple les films sont denses, le processus est facileà contrôler et il n'y a pas de pollution [13].

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