Dépôt de couches minces sous vide

Contact : Florence Billon

Au LISE, plusieurs machines sont utilisées pour la réalisation de couches minces sous vide :

  • Plassys MP300S pour des films minces de carbone amorphe azoté
  • Pfeiffer PLS500 pour des films minces de métaux

Couches minces de nitrure de carbone amorphe a-CNx (PLASSYS MP300S)

PLASSYS MP300S est une station de dépôt de couches minces par pulvérisation cathodique diode magnétron en courant continu (DC magnetron sputtering).

Photo Plassys
Plassys MP300S

 

Ce bâti comprend notamment une enceinte de dépôt munie d’un sas qui permet le transfert des échantillons sans rompre le vide (réduction du temps de pompage avant dépôt et meilleure qualité de vide).

Au LISE, la chambre de dépôt du Plassys MP300S est entièrement dédiée à la fabrication de films minces à base de carbone et plus particulièrement de films de carbone amorphe azoté a-CNx. Cela permet de garder un meilleur contrôle de la qualité des couches déposées (limitation des impuretés). En effet ce type de couche a démontré des propriétés intéressantes permettant la réalisation d’électrodes actives sur une large plage de potentiel.

 

 

 

Caractéristiques du bâti

Schéma Plassys
Schéma du bâti Plassys MP300S

 

  • Technique de dépôt : pulvérisation cathodique diode magnétron en courant continu
  • Cible de carbone graphite : pureté 99.999%, surface 44 cm2
  • Substrats : tous types, 6 cm maximum (film mince homogène sur 2-3 cm environ)
  • Polarisation du porte substrat avec un générateur RF : décapage ionique RF du substrat (amélioration de l’adhérence des films)
  • Vide limite : environ 5.10-8 Torr (pompe turbomoléculaire en série avec une pompe à palette)
  • 2 lignes de gaz : Ar et N2
  • Sas de transfert des échantillons
  • Spectromètre d’émission optique PlasCalc : étude et vérification de la qualité du plasma

 

Propriétés des films d’a-CNx fabriqués

  • Matériaux amorphe presque exempt d’hydrogène
  • La composition des films (Csp3/Csp2) et donc leurs propriétés (conductivité, réactivité électrochimique…) varient en fonction des conditions de dépôt
  • Le film épouse la topographie du substrat (sur substrat non rugueux, matériau très lisse)
  • Très stable chimiquement
  • Propriétés mécaniques proches de celles du diamant
  • Stress interne compressif élevé

 

Quelques applications du bâti PLASSYS au LISE

  • Fabrication de nouveaux matériaux d’électrodes (propriétés intéressantes pour l’électrochimie)
  • Dépôt de carbone amorphe conducteur (non dopé)
  • Etape de fabrication de microsystème
  • Matériaux pour le photovoltaïque

 

Couches minces de métaux (PFEIFFER PLS 500)

Photo Pfeiffer
Pfeiffer PLS500

La machine Pfeiffer PLS 500 permet de réaliser des dépôts sous vide de couches minces métalliques grâce à deux techniques de dépôt sous vide :

  • la pulvérisation cathodique magnétron radiofréquence (rf-magnetron sputtering)
  • l’évaporation sous vide : le matériau souhaité est placé dans une source d’évaporation en matériaux réfractaire (ex : W, Mo) puis chauffé par effet Joule jusqu’à sa température d’évaporation. La vapeur ainsi formée vient se condenser sur le substrat pour former un film dont on contrôle l’épaisseur grâce à une microbalance à quartz placée à côté du substrat.

Le porte substrat rotatif permet de réaliser des multicouches en combinant les 2 techniques.

Caractéristiques

  • Techniques de dépôt de couches minces : pulvérisation cathodique diode magnétron RF et évaporation thermique sous vide
  • Vide limite : environ 2.10-7 mbar (pompe turbomoléculaire en série avec une pompe à palette)
  • Chauffage des substrats jusqu’à 450°C (système de lampes halogènes)
  • Plateau porte substrat rotatif : possibilité de faire des multicouches en combinant les 2 techniques de dépôt

Exemple : sous couche d’accroche en Cr par évaporation thermique puis couche d’or par sputtering

  • Pas de décapage ionique de l’échantillon (substrat non polarisable)

 

Pulvérisation cathodique magnétron radiofréquence

  • Cibles disponibles : tous métaux (Au, Cu, Cr, Ti, Al, Pt, Fe…) / diamètre 51 mm
  • Une seule ligne de gaz : Argon

 

Évaporation thermique sous vide

  • Sources d’évaporation : principalement nacelles en W
  • Suivi d’épaisseur et de vitesse de dépôt avec une microbalance à quartz Maxtek
  • Métaux : Au, Cr, Ti, Ag, Cu

 

Applications

  • Fabrications d’électrodes
  • Couches conductrices
  • Revêtement pour quartz
  • Substrats SERS