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RÉSUMÉ
La technologie HiPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering) représente une avancée majeure en matière de dépôts physiques de films minces fonctionnels en phase vapeur (Physical Vapor Deposition). Dans un premier temps, un bref rappel de la pulvérisation cathodique magnétron conventionnelle est effectué. En second lieu, la technologie HiPIMS est présentée schématiquement en abordant notamment les difficultés de génération et de mesure des impulsions. Sont abordées également des méthodes de simulation et de conception de champs magnétiques appliquées aux dispositifs de pulvérisation magnétron. Au final, deux cas particuliers d'application de cette technologie sont exposés : la croissance de films de dioxyde de titane et de trioxyde de tungstène.
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Matthieu MICHIELS : Ingénieur électronicien, assistant de recherche au sein du laboratoire de chimie des interactions Plasma Surface (ChiPS). Materia Nova, Centre de Recherche, Mons, Belgique
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Stephanos KONSTANTINIDIS : Chercheur qualifié du FNRS, université de Mons, laboratoire de chimie des interactions Plasma Surface (ChiPS), Mons, Belgique
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Rony SNYDERS : Professeur, université de Mons, laboratoire de chimie des interactions Plasma Surface (ChiPS) Mons, Belgique
INTRODUCTION
La technologie HiPIMS, high power impulse magnetron sputtering, représente une avancée majeure en matière de dépôts physiques de films minces fonctionnels en phase vapeur (physical vapor deposition).
Dans un premier temps, nous ferons un bref rappel de la pulvérisation cathodique magnétron conventionnelle.
En second lieu, la technologie HiPIMS sera présentée schématiquement en abordant notamment les difficultés de génération et de mesure des impulsions. Nous présenterons également des méthodes de simulation et de conception de champs magnétiques appliquées aux dispositifs de pulvérisation magnétron.
Finalement, deux cas particuliers d’application de cette technologie seront abordés : la croissance de films de dioxyde de titane et de trioxyde de tungstène.
The High Power Impulse Magnetron Sputtering technology is a remarkable advance in the field of Physical Vapor Deposition (PVD).
First, we will talk about the conventional magnetron sputtering.
Secondly, the HiPIMS technology will be presented schematically in order to highlight the difficulties to create and measure high power impulses. The simulation of the cathode magnetic field will be also emphasized in this article.
Finally, two particular cases of applications will be presented, the growth of titanium oxide thin films and tungsten oxide thin films.
HiPIMS – HPPMS – plasma – magnétron – simulation – films minces
HiPIMS – HPPMS – plasma – magnetron – simulation – thin films
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- Version courante de oct. 2025 par Matthieu MICHIELS
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Présentation technologique de la pulvérisation cathodique magnétron en régime d’impulsions de haute puissanceArticle inclus dans l'offre
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2. Pulvérisation cathodique magnétron pour la synthèse de films minces
2.1 Principe de base
La pulvérisation cathodique magnétron est une technique de dépôt de films minces métalliques (conducteurs) ou céramiques (isolants) utilisant un plasma.
Le plasma, souvent appelé « quatrième état de la matière », est un gaz constitué de particules neutres, d’ions positifs (et/ou négatifs) et d’électrons. Les aurores boréales, les éclairs, ou les flammes en sont autant de manifestations naturelles.
Dans les plasmas froids dont il est question ici – pour le traitement des matériaux – l’énergie des électrons est très supérieure à celle des ions et des atomes, molécules neutres. Cependant, macroscopiquement, le plasma reste globalement proche de la température ambiante. Les électrons cèdent leur énergie aux atomes et molécules du gaz qui deviennent ainsi ionisées, dissociées et excitées.
L’ionisation, et donc la formation des paires électrons/ions positifs, permet la conduction électrique alors que la dissociation moléculaire, si par exemple de l’oxygène est mélangé au gaz plasmagène (généralement de l’argon), est à l’origine de la grande réactivité chimique du milieu.
L’excitation, suivie de la désexcitation des espèces du plasma, est quant à elle à l’origine de l’émission d’un rayonnement électromagnétique.
En laboratoire, le plasma est créé au sein d’une enceinte sous vide.
Une enceinte de pulvérisation cathodique (physical vapor deposition) est constituée d’une cuve (figure 1) dans laquelle on réduit la pression pour atteindre un vide poussé (10−3 Pa). Par contre, les gammes habituelles de pression de travail, lorsque le gaz est introduit de manière contrôlée dans l’enceinte, s’étendent de 0,1 Pa à 5 Pa.
Dans le cas de la pulvérisation magnétron conventionnelle en régime continu, la polarisation négative, typiquement de 300 V à 600 V, d’une cathode (cible de pulvérisation et source de matière) permet l’établissement d’une décharge électrique diode. Les parois étant connectées à la masse, celles-ci font office d’anode. Afin d’augmenter la densité ionique au voisinage de la cible et donc le flux d’ions positifs susceptibles de bombarder la cathode...
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Pulvérisation cathodique magnétron pour la synthèse de films minces
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BELMONTE (T.) - Dépôts chimiques à partir d’une phase gazeuse - Techniques de l’ingénieur, [M 1 660] (2010).
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(2) - HELMERSSON (U.) - Ionized physical vapor deposition (IPVD) : a review of technology and applications - Thin Solid Films, 513, p. 1-24 (2006).
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(3) - DE POUCQUES (L.) - Comparison of the ionization efficiency in a microwave and a radio-frequency assisted magnetron discharge - Surfaces & Coatings Technology, 200, 800-803 (2005).
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(4) - LOGAN (J.) - R.F. diode sputtering - Thin Solid Films, 188, 307-321 (1990).
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(5) - SAFI (I.) - Recent aspects concerning DC reactive magnetron sputtering of thin films : a review - Surface and Coatings Technology, 127, p. 203-219 (2000).
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(6) - SOMKHUNTHOT (W.) - Bipolar pulsed-DC power supply for magnetron sputtering and thin...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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La mesure de courant en milieu industriel
ANNEXES
Materia Nova : http://www.materianova.be (page consultée le 14 août 2012)
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Dépôt par pulvérisation cathodique magnétron en régime impulsionnel avec préionisation EP 1 580 298 A1.
Pulsed Magnetron sputtering deposition with preionization US 2007/0034498 A1.
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