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Article

1 - UTILISATION D’UN PLASMA

2 - RAPPEL TECHNIQUE DU VIDE ET DU PLASMA

3 - MÉTHODES DE MISE EN PLASMA DE LA MATIÈRE

4 - TRANSPORT DE LA MATIÈRE DES SOURCES AUX PIÈCES

5 - DÉPÔT À PARTIR D’UN PLASMA

6 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : M1663 v2

Transport de la matière des sources aux pièces
Dépôts sous vide par procédés plasma - Principes

Auteur(s) : Erich BERGMANN

Date de publication : 10 juin 2014

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RÉSUMÉ

Les procédés de dépôt sous vide par procédés plasma ont connu un essor important au cours des décennies passées : au niveau technologique avec l'introduction de plusieurs nouvelles sources et au niveau applicatif avec un chiffre d'affaires qui a bondi ces dernières décennies dans le domaine des applications mécaniques. Dans cet article, sont traités les différentes configurations plasma, les méthodes de mise en vapeur sous plasma, et leurs impacts sur les caractéristiques structurales des dépôts.

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ABSTRACT

Plasma assisted vacuum deposition processes- Principles

Plasma deposition processes have advanced drastically during the past decades: The technology base has been expanded with the introduction of several new sources and applications and the business volume has increased from some 20 millions in 1985 to 3 billions today. The article describes the different plasma configurations, the plasma driven methods of vaporisation, the methods of activation by plasmas and their impact on the structure and mechanical properties of the coatings.

Auteur(s)

  • Erich BERGMANN : Professeur HEPIA - Consultant scientifique - Bestcoating Sarl Genève, Suisse

INTRODUCTION

Les techniques de dépôt sous vide par procédés plasma ont connu un essor important au cours des décennies passées, aussi bien sur le plan technologique, avec l’introduction de plusieurs nouvelles sources, que du point de vue des applications, où le chiffre d’affaires dans les secteurs de la mécanique est passé de 20 millions € en 1985 à 3 milliards aujourd’hui. Depuis les années 1970, les procédés plasma ont remplacé les dépôts sous vide sans plasma dans la plupart des applications, notamment la décoration et les revêtements destinés aux domaines de l’optique. Les revêtements pour les applications mécaniques et la fabrication d’outils en particulier ne sont devenus envisageables qu’avec les procédés plasmas qui assurent le respect de deux exigences incontournables de ces applications : l’adhérence sur le substrat et une absence de porosité qui diminuerait la ténacité.

On distingue deux familles de procédés de dépôt à partir de la phase vapeur : le dépôt par voie physique (ou PVD pour Physical Vapor Deposition) et le dépôt par voie chimique (ou CVD pour Chemical Vapor Deposition). Dans le cas du PVD, le matériau est mis en vapeur sous vide à partir d’une source, qui se trouve dans l’enceinte de dépôt ; dans le cas du CVD, des vapeurs sont admises dans l’enceinte et réagissent avec les surfaces des pièces à revêtir pour former un dépôt. Les méthodes décrites dans cet article sont les suivantes :

  • le dépôt par voie chimique assisté par plasma (PECVD) ;

  • les méthodes de PVD suivantes :

    • le plaquage ionique,

    • le dépôt par arc cathodique (CAD) dans sa version non filtrée, (FCAD) dans sa version filtrée, (LARC) guidée par laser,

    • la pulvérisation cathodique (sputtering) (MS) dans sa version magnétron, (HiPIMS) dans sa version magnétron déséquilibré et alimentation à impulsion de forte puissance,

    • l'évaporation à la cathode d'un arc (CAE).

Cet article traite des différentes configurations de procédés plasma (source, transport, méthodes de dépôt), des différentes techniques de mise en vapeur sous plasma, des options de conception pour les équipements, de l’impact des différentes configurations et du choix des sources sur les caractéristiques structurales des dépôts.

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KEYWORDS

plasma   |   vacuum deposition   |   surface treatments   |   automotive, watch-making, mechanical industries   |   plasma processes   |   sputtering   |   PACVD

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-m1663


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4. Transport de la matière des sources aux pièces

Le transport de la matière des sources aux substrats est une phase essentielle du procédé de dépôt. Elle doit remplir les fonctions suivantes :

  • uniformité du dépôt sur toute la pièce,

  • uniformité du dépôt sur toute la charge,

  • rendement le plus élevé possible,

  • amélioration de la composition du flux de matière.

4.1 Uniformité et rendement du dépôt

L’ingénieur dispose de cinq méthodes de transport : la diffusion, le flux turbulent, le flux laminaire, le flux moléculaire et les faisceaux de plasma dirigés.

La diffusion joue un certain rôle dans les procédés de dépôt PVD réalisés sous une pression de 1 à 10 Pa, où est créé un nuage de vapeur au-dessus de la source dans lequel baigneront les pièces. Les ions de la matière à déposer sont par la suite attirés vers les substrats maintenus à un potentiel négatif. Le fait, que les ions métalliques n’échangent pas leur charge avec les gaz rares tel l’argon ou les gaz réactifs tel l’azote, est un élément non négligeable dans ces procédés.

Les flux turbulents requièrent une certaine pression pour obtenir un nombre de Reynolds élevé ; c’est le mode de transport choisi pour les procédés CVD sans plasma.

Pour des pressions de 10 à 1 000 Pa, domaine des procédés CVD assistés par plasma et PVD « haute » pression, les flux sont laminaires. Assurer une bonne uniformité sur une grande charge de pièces de forme complexe dans un régime laminaire est un défi formidable. Les solutions industrielles utilisent des réacteurs longs et minces avec une distribution de gaz centrale pour les réactions rapides, ou un flux axial pour les réactions lentes, puisque dans ce cas on peut limiter le changement de concentration des réactants sur le parcours.

La plupart des procédés PVD assistés par plasma utilisent, quant à eux, un flux moléculaire combiné avec un flux de diffusion et une composante de guidage électrostatique pour les ions. Dans les équipements PVD, le transport de la matière est souvent assisté par un mouvement plus ou moins complexe des substrats.

Le guidage électrique des flux ionisés est un élément important....

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - PULKER (K.H.) et al -   *  -  . – Wear and corrosion resistant coatings by CVD and PVD – expert Verlag (1989).

  • (2) - THORNTON (J.A.) -   Plasma assisted deposition processes : theory, mechanisms and applications  -  Thin solid films 107 3 (1983).

  • (3) - MARTIN (P.M.) -   Handbook of deposition technologies for films and coatings  -  Elsevier Corp (3rd edition 2010).

  • (4) - BUNSHAH (R.F.) -   Handbook of deposition technologies for films and coatings  -  2nd edition – Noyes publications (2001).

  • (5) - VOSSEN (J.L.), KERN (W.) -   Thin film processes  -  Academic press (1991).

  • (6) - MATTOX (D.) -   *  -  . – Handbook of physical vapor deposition (PVD) processing (2nd ed. 2010).

  • ...

1 Sites Internet

Société française du vide

http://www.vide.org

American vacuum society

http://www.avs.org

EUREKA

http://www.eurekanetwork.org

A3TS

http://www.A3TS.org

École des mines Nantes

http://www.mines nantes.fr

HAUT DE PAGE

2 Événements

ICMCTF International Conference Metallurgical Coatings and Thin Films ; conférence annuelle à San Diego, États-Unis

http://www2.avs.org/conferences/icmctf/

PSE Plasma Surface Engineering ; conférence biannuelle à Garmisch-Partenkirchen

De nombreuses conférences sur les technologies de détail dans différents pays, comme celles organisés par A3TS, AVS et MRS

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3 Annuaire

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3.1 Fournisseurs d’équipement

Balzers

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