1.2 L'IMPLANTATION IONIQUE PAR IMMERSION PLASMA
Pour contourner les limitations et la complexité de la
manipulation des faisceaux d'ions, une autre technique de production et
d'accélération d'ions a vu le jour. C'est l'implantation ionique
par immersion plasma. Cette technique est fréquemment utilisée
dans le secteur de la microélectronique pour le dopage de
semi-conducteurs.
1.2.1 Principe de fonctionnement
L'implantation ionique par immersion plasma est aussi un
procédé d'ingénierie des matériaux. Comme son nom
l'indique elle consiste à plonger la pièce à traiter
(substrat) au sein du plasma et à lui appliquer des impulsions
négatives haute tension. Ces impulsions vont contribuer à la
formation d'une gaine ionique autour du substrat. En effet, les
électrons étant beaucoup plus légers que les ions, leur
flux est d'autant plus important. Au voisinage du substrat polarisé
négativement, le plasma a donc tendance à s'appauvrir en
électrons et à se charger positivement, ce qui contribue à
la formation d'une gaine ionique autour du substrat (figure 1.5).
Accélérés par la polarisation négative, les ions
positifs sont attirés par la gaine et finissent par s'implanter dans le
matériau.
Comme le plasma entoure le substrat, toute la surface est
implantée en même temps ce qui permet aussi de supprimer
l'étape de balayage du faisceau d'ions.
FIGURE 1.5: Schéma simplifié d'un implanteur
plasma
1.2.2 Avantages et Inconvénients
L'avantage de l'implantation ionique par immersion plasma est
que les ions positifs s'implantent simultanément sur toute la surface du
matériau et sont ainsi répartis uniformément. De plus, ce
procédé peut être réalisé à basse
température, ce qui permet d'éviter les éventuels dommages
que pourrait causer la chaleur.
Entre autres, voici donc quelques avantages
supplémentaires :
- Le procédé permet aussi de traiter facilement des
pièces à géométrie complexe. La taille des
pièces ne détermine pas le temps de traitement.
- Les pulses très courtes empêchent la
pièce de chauffer; permettant d'avoir une température de
traitement peu élevée.
- L'implantation ionique ne permet pas de créer des
couches très épaisses, elles sont de l'ordre de quelques
nanomètres. Il est cependant assez simple de coupler le
procédé PIII avec un procédé de dépôt
(de matériaux) classique.
cependant,
- Lors de l'implantation, aucune séparation de masse ne
peut être effectuée; tous les ions positifs présents dans
le plasma sont implantés. Il est néanmoins nécessaire que
ces ions possèdent une énergie suffisante.
- En théorie, plus les impulsions sont importantes
(très haute tension négatives), meilleure sera l'implantation; en
réalité, les tensions de travail sont limitées et il est
ainsi très difficile
d'implanter certains ions. Les tensions limites sont voisines
de 100 kV. En effet pour ces tensions élevées, le matériel
serait trop coûteux.
Comme nous venons de le voir, l'implantation ionique par
immersion plasma est une technique de traitement de surface des
matériaux, qui permet de modifier les propriétés
mécaniques d'une surface sans altérer le contenu du
matériau. Cette technique peut être utilisée dans des
domaines variés de l'industrie et tend à remplacer la
méthode conventionnelle (par faisceau d'ions) qui présentent des
limitations telles que la directivité du faisceau (impossibilité
d'implanter des formes tridimensionnelles), faible vitesse d'implantation,
coût d'investissement élevé. Le procédé PIII
peut être appliqué dans de nombreux domaines. Il fait l'objet de
nombreux travaux de recherche, qui portent notamment sur la
compréhension des interactions plasma-surface.
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