Qu’est-ce qu’un dispositif de dépôt en phase vapeur sous vide ?
Les dispositifs de dépôt en phase vapeur sous vide (PVD) réalisent le dépôt sous vide dans lequel une substance est évaporée sous pression réduite pour former un film sur un objet.
Ils peuvent être utilisés pour former un revêtement lisse sur un objet, dont l’épaisseur et la composition peuvent être contrôlées.
Utilisations de dispositifs de dépôt en phase vapeur sous vide
Ils peuvent être utilisés pour former des films sur divers matériaux, y compris des matériaux métalliques tels que l’aluminium et des matériaux organiques/inorganiques.
Les dispositifs de dépôt en phase vapeur sous vide sont utilisés pour les applications suivantes :
- Couches minces optiques (revêtements antireflets sur les lentilles, miroirs spéciaux)
- Bandes magnétiques (bandes audio et vidéo)
Semi-conducteurs (EL organique, LED, cellules solaires) - Composants électroniques (résistances, condensateurs, circuits intégrés à semi-conducteurs)
- Matériaux d’emballage alimentaire (film d’aluminium évaporé utilisé pour les sachets de snacks)
- Applications analytiques (préparation d’échantillons)
Principe du dispositif de dépôt en phase vapeur sous vide
Une pompe rotative ou une pompe turbomoléculaire est utilisée pour créer une pression réduite à l’intérieur de la chambre, vaporiser le matériau à déposer et le déposer sur l’objet à distance. La pression réduite élimine les impuretés de la chambre et améliore la diffusion du matériau vaporisé, ce qui permet la production d’un film lisse avec une bonne adhérence.
Le placage est une méthode bien connue pour former un film sur la surface d’un matériau, mais la différence est que dans le placage, la matière première est fournie à partir de la phase liquide, alors que dans l’évaporation, la matière première est fournie à partir de la phase gazeuse.
Types d’équipements d’évaporation
Les méthodes de dépôt utilisées dans les dispositifs de dépôt en phase vapeur sous vide peuvent être divisées en deux types selon la méthode utilisée pour vaporiser la substance : le dépôt physique en phase vapeur (PVD) et le dépôt chimique en phase vapeur (CVD).
1. Dépôt physique en phase vapeur (PVD)
Le dépôt physique en phase vapeur (PVD) est une méthode de formation de film dans laquelle l’évaporation ou la sublimation du matériau de dépôt est provoquée par des méthodes physiques telles que le chauffage. Les méthodes de chauffage comprennent le faisceau d’électrons, le chauffage par résistance, l’induction à haute fréquence et le laser.
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Chauffage par faisceau d’électrons
Les matériaux de dépôt stockés dans un creuset en matériaux réfractaires sont vaporisés en les irradiant avec un faisceau d’électrons. Les faisceaux d’électrons ont une énergie élevée et peuvent être appliqués à des matériaux ayant un point de fusion élevé. -
Chauffage par résistance
Un courant électrique est appliqué à une résistance telle que le tungstène pour générer de la chaleur, et le matériau déposé en phase vapeur est chauffé et vaporisé en plaçant le matériau sur la résistance. Comme il est relativement difficile d’augmenter la température, cette méthode convient aux matériaux dont le point de fusion est bas. -
Chauffage par induction à haute fréquence
Le matériau déposé est placé dans un creuset autour duquel est enroulée une bobine, et un courant à haute fréquence passe à travers la bobine pour générer un champ magnétique puissant. Le courant du champ magnétique et la chaleur générée par la résistance électrique augmentent rapidement la température et vaporisent le matériau du film. -
Chauffage au laser
En irradiant le matériau de dépôt avec un laser, une énergie élevée est fournie pour vaporiser le matériau de dépôt.
Les méthodes par plasma et par faisceau moléculaire sont également des méthodes de dépôt physique en phase vapeur :
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Épitaxie par faisceau moléculaire (MBE)
Cette méthode utilise le dépôt sous vide dans un vide très poussé, ce qui permet un contrôle plus précis de l’épaisseur et de la composition du film, car les molécules vaporisées alignent leur direction de déplacement et se déplacent en ligne droite. La lenteur de la croissance et le vide poussé requis font que cette méthode n’est pas adaptée aux grands équipements et ne convient pas à la production de masse. -
Pulvérisation
Lorsqu’un gaz inerte tel que l’argon est injecté dans un vide et qu’une tension est appliquée aux électrodes pour générer une décharge lumineuse, l’argon, qui forme un plasma, entre en collision avec la cathode, repoussant les atomes et les molécules qui s’y trouvent. Si l’objet à déposer est placé sur l’anode, les atomes repoussés se déposent sur la surface. Les méthodes d’ionisation comprennent la tension continue (DC), la tension alternative de radiofréquence (RF-AC), les magnétrons et les faisceaux d’ions.
2. Dépôt chimique en phase vapeur (CVD)
Le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) est une méthode de formation de films par dépôt de matériaux en phase vapeur sur un objet à l’aide d’une réaction chimique ou d’une autre méthode chimique. Les méthodes typiques comprennent la CVD thermique, la CVD optique, la CVD par plasma, la CVD organométallique et le dépôt par couche atomique (ALD).
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CVD thermique
Cette méthode utilise un four à chauffage par résistance pour créer des températures élevées, à travers lesquelles les gaz des matières premières circulent pour provoquer une réaction chimique qui aboutit à la formation d’un film mince. Il est possible d’obtenir une épaisseur de film relativement uniforme. -
CVD optique
Cette méthode utilise des lampes ultraviolettes ou la lumière d’un laser pour provoquer une réaction chimique dans un processus à basse température afin de former un film mince. Comme il n’y a pas de production d’ions, le substrat est peu endommagé. -
CVD par plasma
Il s’agit d’une méthode dans laquelle la réactivité de la matière première est augmentée par plasmatisation, ce qui provoque une réaction sur la cible de dépôt et forme le film. Comme les couches minces sont formées à basse température, il est possible d’obtenir un dépôt de haute qualité. Cependant, l’équipement est coûteux et sa maintenance est difficile. -
CVD organométallique
Cette méthode utilise un précurseur organométallique du métal à déposer en phase vapeur comme matière première, qui réagit pour former un film métallique sur la cible du dépôt en phase vapeur. Cette méthode est utilisée pour la production de masse de DEL et d’autres produits, car elle permet la formation d’un film à grande vitesse avec un contrôle précis de l’épaisseur du film. -
Dépôt de couches atomiques (ALD)
Il s’agit d’une méthode dans laquelle plusieurs types de matières premières sont déposés et remplacés un par un, ce qui permet aux matériaux de réagir de manière autocontrôlée à une position fixe, formant un film mince dont la structure et l’épaisseur sont contrôlées.
En plus de ce qui précède, diverses autres méthodes de dépôt en phase vapeur ont été mises au point et sont disponibles. Il est nécessaire de sélectionner l’équipement approprié en fonction de l’application.