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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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Lire l’articleAuteur(s)
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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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6. Conclusion
Les plasmas froids permettent d’obtenir, avec une faible quantité de matière première, une surface très spécifique sans employer de produits chimiques dangereux, toxiques ou polluants. Cependant, ceux-ci nécessitent encore actuellement l'emploi de technologies de vide contraignantes pour des procédés industriels.
La technologie HiPIMS permet de produire des plasmas froids fortement ionisés favorisant la synthèse de matériaux en films minces aux propriétés nouvelles ou améliorées. L’application d’impulsions de haute puissance à faible rapport cyclique permet d’éviter un échauffement moyen trop important de la cible. De plus, en appliquant des impulsions de courte durée, la décharge est entretenue sans apparition d’arcs intempestifs, nuisibles à la qualité du film en croissance. Concrètement, plusieurs applications ciblées sur la technologie HiPIMS ont vu le jour depuis plusieurs années. L’énergie fournie aux ions et aux électrons du plasma pendant de courtes impulsions permet la croissance de films plus denses. Les dépôts de couches sur des objets de formes complexes paraissent donc une application d’avenir. Le secteur de la microélectronique ou de l’électronique de puissance pourraient également profiter de cette technologie, pour le développement, par exemple, de couches semi-conductrices capables de fonctionner à des températures élevées, supérieures à 600 °C.
La production de plasmas fortement ionisés peut être obtenue par d’autres techniques comme l’évaporation par arcs, le dépôt par laser pulsé ou encore la pulvérisation DC classique équipée d’une spire RF. Dans le cas de l’évaporation par arcs, des problèmes de stabilisation et de mouvement des arcs à la surface de la cible apparaissent, des microgouttelettes peuvent être éjectées de la cible, réduisant de manière drastique la qualité des films en croissance. La pulvérisation haute puissance, quant à elle, ne requiert aucun composant externe, comme l’utilisation d’une spire RF, ne nécessite pas de chauffage supplémentaire du substrat, ne produit pas de macroparticules et permet la production de films sur de grandes surfaces (supérieures au mètre).
L’inconvénient majeur de cette technologie, pour certains domaines d’application, reste la vitesse de dépôt, plus faible (jusqu’à un facteur 10) par rapport au DCMS. La vitesse de dépôt est dépendante des conditions...
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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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(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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