Dépôts physiques en phase vapeur (PVD

2.2.2.1 Généralités sur les dépôts PVD

: Elaboration et caractérisations de couches minces sur substrat planaire et structuré

Les précurseurs peuvent être liquides, solides ou gazeux. Dans le cas où ils sont solides, il est nécessaire de les chauffer pour qu’ils atteignent leur pression de vapeur saturante, de manièr

être transportés, lors de l’injection de la dose, par le gaz porteur.

Dans le cadre de cette thèse, deux bâtis ALD ont été utilisés avec l’argon comme gaz porteur réacteur Beneq TFS 200 pour les dépôts de Al2O3, Pt et TiO2. Le Li3PO

3 a été développé sur un Picosun R200. Ce dernier bâti est exclusivement dédié au développement de composés lithiés. Une photographie du bâti Picosun R200 est proposée figure 2.3. On peut y distinguer les différents éléments qui constituent un bâti d’ALD, à savoir réservoirs de précurseurs, le réacteur en tant que tel, un sas d’introduction du substrat ainsi qu’une interface de contrôle grâce à laquelle tous les paramètres ALD peuvent être contrôlée s précurseurs et du réacteur, séquence de dépôt (temps de pulses et de purges des différents précurseurs), les flux de gaz dans les différentes lignes et le nombre de cycles.

2.3: Photographie du bâti ALD Picosun R200.

2.2.2 Dépôts physiques en phase vapeur (PVD

2.2.2.1 Généralités sur les dépôts PVD

: Elaboration et caractérisations de couches minces sur substrat planaire et structuré

Les précurseurs peuvent être liquides, solides ou gazeux. Dans le cas où ils sont solides, il est nécessaire de les chauffer pour qu’ils atteignent leur pression de vapeur saturante, de manière à

, lors de l’injection de la dose, par le gaz porteur.

Dans le cadre de cette thèse, deux bâtis ALD ont été utilisés avec l’argon comme gaz porteur : un PO4, qui fera l’objet du

3 a été développé sur un Picosun R200. Ce dernier bâti est exclusivement dédié au développement de composés lithiés. Une photographie du bâti Picosun R200 est proposée figure ents qui constituent un bâti d’ALD, à savoir : des réservoirs de précurseurs, le réacteur en tant que tel, un sas d’introduction du substrat ainsi qu’une interface de contrôle grâce à laquelle tous les paramètres ALD peuvent être contrôlée s précurseurs et du réacteur, séquence de dépôt (temps de pulses et de purges des

lignes et le nombre de cycles.

Les techniques de dépôt en phase vapeur (PVD) nécessitent toutes un vide secondaire (10-

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mbar), alors qu’un vide primaire (10-2 mbar) suffi pour les dépôts par CVD. Les techniques de dépôt PVD peuvent être scindées en deux catégories :

- Les dépôts par évaporation consistent à chauffer, dans une enceinte sous vide, un matériau dans un creuset jusqu’à évaporation. Les atomes qui constituent la vapeur vont alors se condenser sur un substrat placé en regard du creuset. Il est possible d’ajouter un gaz réactif qui réagit avec la vapeur et change la composition chimique du dépôt. Il existe plusieurs techniques de dépôt par évaporation, dont l’évaporation thermique, évaporation par faisceau d’électrons (e-beamevaporation) et évaporation par faisceau d’électrons assisté par plasma (plasma assisted e-beamevaporation).

- Les dépôts par pulvérisation consistent à bombarder une cible avec des particules énergétiques, des ions argon (pulvérisation cathodique), ou un faisceau laser (ablation laser), afin d’en éjecter les atomes. Ces atomes pulvérisés viennent ensuite se condenser sur la surface du substrat placé en regard de cette cible pour former une couche mince. Il existe de nombreuses techniques de pulvérisation dont les pulvérisations cathodiques magnétron radio fréquence (RF), à courant direct (DC), à courant direct pulsé (DC pulsé). Si on ajoute un gaz qui participe à la réaction comme O2 ou N2, on parle de pulvérisation

réactive.

Pour la synthèse de matériaux d’électrode positive, qui souffre d’une conductivité électronique très faible, les techniques de pulvérisation cathodique magnétron radio fréquence (pulvé RF) et d’ablation laser sont alors souvent privilégiées. Cependant, à l’échelle du wafer (pour nous des wafer de trois pouces), les dépôts par pulvé RF sont plus uniformes grâce aux plus grandes distances cibles-substrat. C’est donc la technique de dépôt que nous avons utilisée pour l’optimisation de l’électrode positive LiMn1.5Ni0.5O4 afin d’enrichir nos

connaissances sur ce matériau avant de le développer par ALD dans l’objectif de réaliser une microbatterie tridimensionnelle complète.

2.2.2.2 Pulvérisation cathodique magnétron RF

Comme dit dans le paragraphe précédent, lors de la pulvérisation, la première étape consiste à produire les particules énergétiques qui vont aller bombarder la cible. Un des moyens d’y parvenir consiste à créer un plasma, c’est-à-dire d’initier et d’entretenir une décharge luminescente en appliquant une différence de potentiel entre deux électrodes (la cible constituant la cathode) dans un faible flux d’argon. Les premiers électrons libres contenus dans le gaz, provenant de l’ionisation par les rayons ultraviolets ambiants, sont alors accélérés. Dans le cas de

Chapitre 2 : Elaboration et caractérisations de couches minces sur substrat planaire et structuré

l’éjection d’atomes ou de molécules de la cible. Il est également à l’origine de l’émission d’électrons secondaires qui contribuent à l’entretien du plasma. Lors de l’impact, les ions du plasma se neutralisent. La cible récupère les électrons manquant

extérieur et ne développe donc pas de charge positive à sa surface (un schéma de principe est donné figure 2.4).

La plupart des bâtis sont équipés d’un système magnétron. Il s’agit d’un aimant placé sous la cible qui engendre un champ magnétique parallèle à celle

électrons au voisinage de la cible et donc d’augmenter le taux d’ionisation du gaz et donc le rendement de pulvérisation (rapport du nombre d’atomes éjectés de la cible par le nombre d’atomes qui la bombardent).

Figure 2.4: Schéma du principe de fonctionnement de la pulvérisation cathodique RF. Les dépôts PVD sont directifs

est peu adaptée pour des substrats structurés. La pulvérisation RF réalise des dépôts avec une vitesse de croissance de l’ordre de 10 nm.min

Tous nos dépôts ont été réalisés sur un bâti Alliance Concept CT200. Comme le montre le schéma du principe de fonctionnement, lors d’un dépôt plusieurs paramètres sont donc à prendre en considération, comme la pression dans la chambre de dépôt, le flux d’Argon, la puissance : Elaboration et caractérisations de couches minces sur substrat planaire et structuré

tion d’atomes ou de molécules de la cible. Il est également à l’origine de l’émission d’électrons secondaires qui contribuent à l’entretien du plasma. Lors de l’impact, les ions du plasma se neutralisent. La cible récupère les électrons manquants par l’int

extérieur et ne développe donc pas de charge positive à sa surface (un schéma de principe est

La plupart des bâtis sont équipés d’un système magnétron. Il s’agit d’un aimant placé sous la p magnétique parallèle à celle-ci. Cela permet de concentrer les électrons au voisinage de la cible et donc d’augmenter le taux d’ionisation du gaz et donc le rendement de pulvérisation (rapport du nombre d’atomes éjectés de la cible par le nombre

: Schéma du principe de fonctionnement de la pulvérisation cathodique RF.

Les dépôts PVD sont directifs ; ils sont donc uniformes sur des substrats plans mais la technique est peu adaptée pour des substrats structurés. La pulvérisation RF réalise des dépôts avec une vitesse de croissance de l’ordre de 10 nm.min-1.

Tous nos dépôts ont été réalisés sur un bâti Alliance Concept CT200. Comme le montre le onctionnement, lors d’un dépôt plusieurs paramètres sont donc à prendre en considération, comme la pression dans la chambre de dépôt, le flux d’Argon, la puissance : Elaboration et caractérisations de couches minces sur substrat planaire et structuré

tion d’atomes ou de molécules de la cible. Il est également à l’origine de l’émission d’électrons secondaires qui contribuent à l’entretien du plasma. Lors de l’impact, les ions du par l’intermédiaire du circuit extérieur et ne développe donc pas de charge positive à sa surface (un schéma de principe est

La plupart des bâtis sont équipés d’un système magnétron. Il s’agit d’un aimant placé sous la ci. Cela permet de concentrer les électrons au voisinage de la cible et donc d’augmenter le taux d’ionisation du gaz et donc le rendement de pulvérisation (rapport du nombre d’atomes éjectés de la cible par le nombre

: Schéma du principe de fonctionnement de la pulvérisation cathodique RF.

; ils sont donc uniformes sur des substrats plans mais la technique est peu adaptée pour des substrats structurés. La pulvérisation RF réalise des dépôts avec une

Tous nos dépôts ont été réalisés sur un bâti Alliance Concept CT200. Comme le montre le onctionnement, lors d’un dépôt plusieurs paramètres sont donc à prendre en considération, comme la pression dans la chambre de dépôt, le flux d’Argon, la puissance

fournie par le générateur RF et la température du substrat (qu’il est possible de chauffer jusqu’à 900°C). Le chapitre 4 discutera de l’influence des différents paramètres sur le dépôt.