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Analyse et technologie des surfaces
L’étroitesse de la zone de dépôt peut être résolue, si on opte pour une conception où les substrats ne sont pas exposés au plasma micro-onde. Il ne sert qu’à dissocier les réactifs dans une zone séparée. Les réactifs activés sont ensuite transportés vers les substrats.
Il est alors intéressant d’augmenter le chemin de libre parcours des réactants
activés en passant du transport par flux laminaire à un transport par écoulement
moléculaire. La basse pression nécessite un confinement magnétique du plasma. On
appelle ces sources Electron Cyclotron Resonance (ECR).
Les problèmes de la distorsion des ondes électromagnétiques par des objets
conducteurs peuvent être résolus par l’utilisation de champs électriques courants
directs (dc) pulsés.
Un développement récent du CVD activé au plasma est la synthèse de revêtements du diamant à basse pression. Il est en même temps un bel exemple pour illustrer la différence entre approches CVD et PVD.
C’est le graphite qui est la phase stable du carbone à basse pression et non le
diamant. La synthèse du diamant artificiel est faite dans des autoclaves haute pression. Le diamant est métastable aux conditions ambiantes. Les efforts pour synthétiser du diamant par PVD se sont focalisés sur la méthode suivante: placer un dépôt
de carbone sous une compression interne importante pour déclencher la formation
de diamant. On a réussi à produire des revêtements de carbone amorphe avec inclusions de diamant.
L’approche CVD partait de la découverte de Deryuagin, que le graphite n’est
pas stable sous une atmosphère d’hydrogène dissocié. Si on crée une atmosphère
qui contient beaucoup d’hydrogène dissocié et un hydrocarbure qui se pyrolyse sur
une surface chaude, on dépose du diamant selon le schéma suivant:
diamant
Seulement une portion infime du carbone déposé le sera avec des liaisons sp 3 ,
nécessaires pour une coordination dans une structure diamant – on l’estime à ~ 10 –5 .
Elle dépend des conditions de température et d’épitaxie. Le dépôt est soumis à un
flux intense d’hydrogène atomique. L’hydrogène atomique ne réagit pas avec le carbone lié sous forme sp 3 . Il réagit avec les atomes de carbone liés sp 2 , qui donnera
lieu à une coordination plane de 120 °, pour former des hydrocarbures volatils. Il
suffit alors d’ajuster les concentrations mutuelles des hydrocarbures et de l’hydrogène atomique en fonction de la température pour obtenir un dépôt de diamant polycristallin parfait, exempt de toute trace de graphite ou de carbone pyrolytique.
CH 4
→
plasma
C C + CH 2 CH 3 etc.
,
,
, ,
H 2
→
plasma
H H + H 2
+
, ,
C c H y
→
surface
C sp 2 C sp 3
+
H C sp 2
+
→
surface
C x H y
gaz
C sp 3
→
nucléation
Analyse et technologie des surfaces
L’étroitesse de la zone de dépôt peut être résolue, si on opte pour une conception où les substrats ne sont pas exposés au plasma micro-onde. Il ne sert qu’à dissocier les réactifs dans une zone séparée. Les réactifs activés sont ensuite transportés vers les substrats.
Il est alors intéressant d’augmenter le chemin de libre parcours des réactants
activés en passant du transport par flux laminaire à un transport par écoulement
moléculaire. La basse pression nécessite un confinement magnétique du plasma. On
appelle ces sources Electron Cyclotron Resonance (ECR).
Les problèmes de la distorsion des ondes électromagnétiques par des objets
conducteurs peuvent être résolus par l’utilisation de champs électriques courants
directs (dc) pulsés.
Un développement récent du CVD activé au plasma est la synthèse de revêtements du diamant à basse pression. Il est en même temps un bel exemple pour illustrer la différence entre approches CVD et PVD.
C’est le graphite qui est la phase stable du carbone à basse pression et non le
diamant. La synthèse du diamant artificiel est faite dans des autoclaves haute pression. Le diamant est métastable aux conditions ambiantes. Les efforts pour synthétiser du diamant par PVD se sont focalisés sur la méthode suivante: placer un dépôt
de carbone sous une compression interne importante pour déclencher la formation
de diamant. On a réussi à produire des revêtements de carbone amorphe avec inclusions de diamant.
L’approche CVD partait de la découverte de Deryuagin, que le graphite n’est
pas stable sous une atmosphère d’hydrogène dissocié. Si on crée une atmosphère
qui contient beaucoup d’hydrogène dissocié et un hydrocarbure qui se pyrolyse sur
une surface chaude, on dépose du diamant selon le schéma suivant:
diamant
Seulement une portion infime du carbone déposé le sera avec des liaisons sp 3 ,
nécessaires pour une coordination dans une structure diamant – on l’estime à ~ 10 –5 .
Elle dépend des conditions de température et d’épitaxie. Le dépôt est soumis à un
flux intense d’hydrogène atomique. L’hydrogène atomique ne réagit pas avec le carbone lié sous forme sp 3 . Il réagit avec les atomes de carbone liés sp 2 , qui donnera
lieu à une coordination plane de 120 °, pour former des hydrocarbures volatils. Il
suffit alors d’ajuster les concentrations mutuelles des hydrocarbures et de l’hydrogène atomique en fonction de la température pour obtenir un dépôt de diamant polycristallin parfait, exempt de toute trace de graphite ou de carbone pyrolytique.
CH 4
→
plasma
C C + CH 2 CH 3 etc.
,
,
, ,
H 2
→
plasma
H H + H 2
+
, ,
C c H y
→
surface
C sp 2 C sp 3
+
H C sp 2
+
→
surface
C x H y
gaz
C sp 3
→
nucléation