Le dépôt de la molécule d’oxyde de cuivre

N.B. : Dans certaines simulations menées, les atomes de cuivre atteignent le fond de la boîte. Ils y seront alors fixés (couleur bleue foncée dans les figures suivantes). 4.5.3.1 Dépôt à température ambiante et P=0,000133 Pa.

La molécule d’oxyde de cuivre a été déposée durant 1378 secondes (soit presque 23 minutes), ce qui correspond au temps qu’il a fallu pour que la surface initiale soit totalement recouverte. Les images tirées de l’interface sont visibles sur la Figure 4.29, où chaque niveau de profondeur est représenté par une image. Le niveau de référence est noté « surface ».

Dans cette première simulation, on remarque que les atomes d’oxygène se trouvent uniquement sur et au-dessus du niveau de la surface. Les extractions se réalisent jus-qu’au niveau z+3. Les atomes de cuivre se trouvent surtout sous le niveau de la surface, avec de rares présences dans les couches supérieures. Toutefois, la majorité des atomes de cuivre visibles dans les couches de surface et supérieures sont insérés dans l’alumi-nium, sous des atomes d’aluminum remontés par des extractions ou des insertions.

Au niveau de la surface, une grande zone pauvre en atomes d’oxygène, et riche en atomes de cuivre est observable. Il s’agit de la zone où les atomes de cuivre se sont insérés lors de la formation du premier îlot de cuivre. D’autres insertions se sont produites plus tard dans la simulation, au niveau des noyaux d’extraction, qui sont des zones qui peuvent piéger les atomes de cuivre (Figure 4.30).

Sur l’image 4.29, les zones riches en cuivre sont mises en évidence par des cercles verts. Au niveau de la surface, cette zone contient très peu d’atomes d’oxygène, mais surtout des atomes d’aluminium et de cuivre. Le peu de présence d’atomes d’oxygène s’explique par l’insertion rapide de l’îlot de cuivre formé dans cette zone, créant ainsi un plateau d’atomes d’aluminium à z+1. Les atomes d’oxygène arrivent alors sur ce plateau où on observe alors une zone riche en oxygène (entourée de violet sur l’image z+1).

Sous ces zones les plus oxydées nous observons des régions appauvries en cuivre. Ici, la cinétique de formation de l’interface n’est pas visible, mais cette zone révèle que la surface située juste au-dessus de cette zone a été une des premières à s’être oxydée (entourée de violet au niveau de la surface), piégeant ainsi les atomes de cuivre au niveau de la surface et empêchant leur insertion dans le substrat quand la zone couverte par l’espèce oxygène est étendue. On retrouve beaucoup d’atomes de cuivre insérés dans les premières couches d’aluminium, formant des zones riches en cuivre, en de nombreux points. Plus on descend dans les profondeurs de l’aluminium, plus ces zones se raréfient.

4.5. Effets de paramètres technologiques sur les effets de structuration des atomes Cu, O et Al à l’interface CuO/Al

Figure 4.29 – Représentation des différents niveaux de profondeur du dernier pas de simulation du dépôt de l’oxyde de cuivre sur l’aluminium à T = 300 K et à 0,000133 Pa.

précédemment. On y voit clairement les atomes d’oxygène en surface et les atomes de cuivre formant une grande zone de diffusion. Une extraction est visible en surface. Cette image a été prise peu de temps après la formation de ce noyau d’oxyde, ce qui permet d’observer la formation d’une deuxième zone de diffusion juste en-dessous.

Figure 4.30 – Vue de côté de la simulation à T = 300 K et P = 0,000133 Pa.

4.5.3.2 Le dépôt à haute Pression

La simulation est réalisée à 300 K, avec une pression dix fois plus élevée que précé-demment entrainant plus d’arrivées et moins de mouvements de diffusion. Les résultats de la simulation sont visibles sur la Figure 4.31, après 152 secondes de dépôt (environ 2 minutes et 30 secondes). De nombreux îlots d’oxygène sont formés en surface, créant des oxydations ponctuelles plus nombreuses, favorisant la formation de nouveaux îlots de cuivre. Par suite, plusieurs voies d’insertion de ce dernier dans le substrat sont pos-sibles. On observe alors beaucoup de zones riches en cuivre sous la surface. Ces zones de cuivre sont plus nombreuses et de taille plus petites que dans la simulation menée à une pression inférieure. Dans ce cas, les arrivées favorisées permettent la formation rapide de noyaux d’oxyde à partir d’îlots d’oxygène, centres de multiples nucléations d’îlots de cuivre.

4.5. Effets de paramètres technologiques sur les effets de structuration des atomes Cu, O et Al à l’interface CuO/Al

Figure 4.31 – Représentation des différents niveaux de profondeur du dernier pas de simulation du dépôt de l’oxyde de cuivre sur l’aluminium à T = 300 K et à 0,00133 Pa.

La formation rapide de de noyaux d’oxyde et les mouvements d’insertion des atomes de cuivre se produisant plus fréquemment, nous observons la formation d’une interface

mixée, ne présentant pas de zones où les atomes se structurent. Au niveau de la surface, les noyaux d’oxyde sont peu étendus. On remarque encore la zone d’insertion des atomes de cuivre avant les premières extraction, visible par des cercles verts, mais cette zone est plus petite que celle observée à température ambiante. Allant de paire avec cette observation, on retrouve de petites zones riches en oxygène à z+1. En revanche, sous la surface on observe des zones de cuivre bien réparties.

Figure 4.32 – Vue de côté de la simulation à T = 300 K et P = 0,00133 Pa.

La vue de coté sur la Figure 4.32 montre ici encore une large zone d’insertion des atomes de cuivre avec des nouvelles zones d’insertion possibles grâce aux noyaux d’oxyde. Celles-ci sont repérables à la taille des plots de Cu formés plus petits car plus récents.

4.5.3.3 Le dépôt à basse Pression

Nous présentons ici l’effet d’une basse pression (0,0000133 Pa), dix fois moins grande que celle utilisée par Brune. Dans ces conditions, les arrivées sont plus rares, favorisant les diffusions au niveau de la surface d’aluminium. Les résultats de la simulation sont visibles sur la Figure 4.33, après 14483 secondes de dépôt (un peu plus de 4 heures).

Les arrivées se faisant plus rares, l’insertion des atomes de cuivre au niveau de la surface est favorisée ainsi que la formation d’îlots d’oxygène plus grands. Ces larges îlots permettent la croissance d’oxyde, en faisant des extractions sur des régions larges et de façon plus haute sur la surface mises en évidence par des cercles violets. La diffusion des atomes de cuivre en profondeur est aussi impactée avec une zone plus pauvre en cuivre située sous la zone oxydée.

4.5. Effets de paramètres technologiques sur les effets de structuration des atomes Cu, O et Al à l’interface CuO/Al

Figure 4.33 – Représentation des différents niveaux de profondeur du dernier pas de simulation du dépôt de l’oxyde de cuivre sur l’aluminium à T = 300 K et à 0,0000133 Pa.

barrière, empêchant ainsi les atomes de cuivre de diffuser sous la surface excepté aux limites de celui-ci. On retrouve une large zone riche en cuivre sous la zone d’insertion des atomes de cuivre de la surface (en vert), mettant en évidence la large zone d’inser-tion des atomes de cuivre permise par les traces d’oxydad’inser-tion tardant à se former.

Une vue de côté de ce dépôt en cours de simulation est visible sur la Figure 4.34. La zone d’insertion est plus large, mettant en évidence la formation cette zone d’insertion étendue vue précédemment.

Figure 4.34 – Vue de côté de la simulation à T = 300 K et P = 0,0000133 Pa.

4.5.3.4 Le dépôt à haute Température

Pour cette simulation, la température est fixée à 400 K et la pression à 0,000133 Pa. La simulation a été plus longue, de l’ordre de 35 h pour le dépôt de l’oxyde de cuivre pendant 1670 secondes. À cette température, les diffusions de surface sont les événements dominants car ils sont plus rapides qu’à température ambiante. Toutes ces diffusions de surface mènent à la formation de grands îlots d’atomes d’oxygène (en vio-let) au niveau de la surface (voir Figure 4.35).

On observe ici encore une large zone d’insertion des atomes de cuivre au niveau de la surface, mise en évidence par des cercles verts. À haute température, la surface est nettement structurée, avec des zones riches en oxygène ou en cuivre bien délimitées. Les noyaux d’oxydes en surface sont larges et la coalescence de ces noyaux est observée, à l’inverse des autres simulations où les traces d’oxydes sont isolées. La croissance de l’oxyde est visible avec de nombreuses extractions au niveau z+2. Ici encore le rôle de barrière joué par les noyaux d’oxyde avec la zone bleue sous la surface, pauvre en atomes de cuivre est mise en évidence.

4.5. Effets de paramètres technologiques sur les effets de structuration des atomes Cu, O et Al à l’interface CuO/Al

Figure 4.35 – Représentation des différents niveaux de profondeur du dernier pas de simulation du dépôt de l’oxyde de cuivre sur l’aluminium à T = 400 K et à 0,0000133 Pa.

La Figure 4.36 représente la vue de côté de cette simulation en cours de dépôt. Elle met en évidence la diffusion rapide des atomes de cuivre sous la surface, alors que la surface est moins recouverte que dans les précédentes images. La zone d’insertion initiale des atomes de cuivre est dense et étendue et une nouvelle zone d’insertion s’initie avec la formation d’un noyau d’oxyde. Grâce aux diffusions accélérées des atomes d’oxygène permettant la création d’îlots d’oxygène tôt dans la simulation, la formation de ces noyaux multiples de cuivre arrive tôt dans le dépôt.

Figure 4.36 – Vue de côté de la simulation à T = 400 K et P = 0,000133 Pa.

4.5.3.5 Le dépôt à basse Température

Enfin, le dernier test effectué a été réalisé à 80 K avec 0,000133 Pa. À cette tempé-rature, les migrations sur la surface sont inexistantes pour les atomes d’oxygène et les insertions ne sont plus observées (voir Figure 4.37).

Figure 4.37 – Représentation des différents niveaux de profondeur du dernier pas de simulation du dépôt de l’oxyde de cuivre sur l’aluminium à T = 80 K et à P = 0,000133 Pa.

Les atomes de cuivre forment rapidement un îlot étendu sur la surface (entouré de vert). Toutes les arrivées se produisant sur cet îlot vont spontanément « glisser » jusqu’à son bord. Les atomes de cuivre vont participer à la croissance de cet îlot, et les atomes d’oxygène vont quant à eux former des zones riches en oxygène sur les bords de l’îlot. Ces zones riches en oxygène se transforment rapidement en des zones oxydées (visibles en violet).

La Figure 4.38 en vue de côté montre bien qu’aucune insertion ne se fait et que tous les atomes déposés restent en surface.

4.5. Effets de paramètres technologiques sur les effets de structuration des atomes Cu, O et Al à l’interface CuO/Al

Figure 4.38 – Vue de côté de la simulation à T = 80 K et P = 0,000133 Pa.