Dépôts chimiques à partir d’une phase gazeuse

Parmi les revêtements susceptibles de conférer des propriétés nouvelles aux surfaces qu’ils recouvrent, ceux obtenus par le procédé de dépôts chimiques à partir d’une phase gazeuse (Chemical Vapor Deposition : CVD) connaissent incontestablement un grand développement.

Ce procédé consiste à mettre un composé volatil du matériau à déposer en contact soit avec un autre gaz au voisinage de la surface à recouvrir, soit avec la surface en question, de façon à provoquer une réaction chimique donnant au moins un produit solide.

Originellement, la température du substrat fournit l’énergie d’activation nécessaire pour déclencher la réaction chimique et favoriser, lorsqu’elle est suffisamment élevée (800 à 1 000 °C), la diffusion dans ce substrat des atomes apportés à la surface. Cette diffusion à l’état solide entraîne une modification des produits de la réaction et assure généralement une bonne adhérence au revêtement. Ce procédé permet d’obtenir des couches d’épaisseur variable de pratiquement tous les métaux, alliages ou composés métalliques, sur des matériaux conducteurs ou isolants. Il permet aussi d’obtenir, en plus des revêtements, des poudres fines ou des échantillons massifs.

Depuis ce procédé originel, bien des variantes ont été développées, visant, soit à décroître les températures d’élaboration en recourant à des sources d’énergie non thermiques comme les plasmas, les lasers, ou à des précurseurs labiles comme les organométalliques, soit à accroître les rendements de dépôt en utilisant des techniques de spray par exemple, soit encore à travailler de manière « localisée », c’est-à-dire sur des surfaces suffisamment petites pour considérer les dépôts comme des points pouvant servir d’unités de base à la construction de micro-objets bi- ou tridimensionnels.

L’appareillage pour l’obtention de ces dépôts varie considérablement suivant le type de dépôts que l’on désire (procédés isothermes, non isothermes, statiques, dynamiques, basse pression, etc.).

Les propriétés des revêtements (adhérence, porosité, stœchiométrie, pureté, etc.) sont généralement suffisamment satisfaisantes pour s’ouvrir à des applications industrielles.

Les principaux domaines d’application du procédé CVD peuvent se classer en deux catégories suivant que le produit formé donne un revêtement (ou couche) sur un substrat, ou un produit solide indépendamment d’un substrat.

L’obtention d’un revêtement permet la protection contre l’usure mécanique (TiC, TiN, Al₂O₃, etc.), la protection contre la corrosion et l’oxydation à haute température (Cr, Al, Si, etc.), la réalisation de composants pour la microélectronique (GaAs, Si, AlN, etc.).

La formation de produits solides conduit à des produits pulvérulents de grande pureté, à des monocristaux et permet de consolider des matériaux poreux ou frittés.

Les techniques CVD complètent avantageusement d’autres modes de dépôts (évaporation sous vide, projection cathodique, électrodéposition, etc.). C’est pour cela qu’elles sont devenues prépondérantes dans des domaines industriels tels que l’aéronautique, l’électronique, la chimie, etc.

Elles nécessitent toutefois une maîtrise approfondie de la dynamique des fluides qui gouverne les transports des précurseurs, jusqu’à la surface réactionnelle.