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Atomic Layer Deposition (ALD) - Principes généraux, matériaux et applications

Article de référence | Réf : E4216 v1

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Dépôt par ablation laser pulsé

Auteur(s) : Thomas FIX

Date de publication : 10 mars 2021

Relu et validé le 12 mars 2021

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Électrogénération de films mésoporeux orientés et fonctionnalisés

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RÉSUMÉ

Cet article est une revue de la technique de dépôt en couche mince par ablation laser pulsé ou Pulsed Laser Deposition (PLD). Cette technique de dépôt physique par phase vapeur (PVD) consiste à focaliser un laser de haute puissance sur une cible contenant les espèces chimiques du matériau à déposer. Dans le cas d’une épitaxie, la PLD est communément dénommée Laser-MBE. Sont tout d’abord décrites les mécanismes mis en jeu dans la PLD, le dispositif expérimental et les avantages et les inconvénients de la PLD. Ensuite, sont traités les paramètres de dépôt ainsi que quelques techniques avancées relatives à la PLD. Enfin, quelques exemples d’applications de cette technique sont présentés.

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ABSTRACT

Pulsed Laser Deposition (PLD)

This article is a review of the Pulsed Laser Deposition technique (PLD). It is a Physical Vapor Deposition (PVD) technique that consists in focusing a high-power laser on a target that contains the chemical elements of the material to grow. In the case of epitaxy, PLD is often called Laser-MBE. This article first describes the mechanisms in play in PLD, the experimental setup and the advantages and drawbacks of PLD. Then the deposition parameters and several advanced techniques related to PLD are reported. Finally several applications of this technique are illustrated.

Auteur(s)

Thomas FIX : Chargé de recherche au CNRS - Laboratoire ICube, - Université de Strasbourg et CNRS, Strasbourg, France

INTRODUCTION

L’ablation laser pulsé ou Pulsed Laser Deposition (PLD) est une technique de dépôt physique en phase vapeur (PVD), qui consiste à focaliser un laser de haute puissance sur une cible contenant les espèces chimiques du matériau à déposer. La cible et le substrat sont situés dans un bâti sous vide ou sous atmosphère réactive comme O₂. Cette technique permet d’obtenir des dépôts amorphes, polycristallins, texturés, ou épitaxiés. Dans ce dernier cas, la PLD est communément dénommée Laser-MBE en référence à la technique d’épitaxie par jet moléculaire (Molecular-Beam Epitaxy). Un des grands avantages de la PLD est la possibilité d’exploration rapide de nouveaux matériaux, du fait de faibles contraintes sur la taille et la qualité de la cible de départ, et du faible nombre de paramètres à optimiser.

Dans cet article, nous décrivons tout d’abord, après un bref historique, les mécanismes mis en jeu dans la PLD, le dispositif expérimental et les avantages et les inconvénients de la PLD. Ensuite, nous détaillons les paramètres les plus importants dans ce type de dépôt, avant d'exposer quelques techniques avancées in situ telles que le RHEED (Reflection High Energy Electron Diffraction), la SHG (Second Harmonic Generation), les dépôts combinatoires et les dépôts sur large surface. Enfin, sont présentés quelques exemples de matériaux déposés comme les oxydes, les nitrures, les métaux, les matériaux carbonés et biomatériaux, les polymères et les molécules organiques.

Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et un tableau des sigles utilisés.

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MOTS-CLÉS

couches minces | matériaux | PLD | oxydes

KEYWORDS

thin films | materials | PLD | oxides

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BIBLIOGRAPHIE

(1) - SMITH (H.M.), TURNER (A.F.) - Vacuum Deposited Thin Films Using a Ruby Laser. - Appl. Optics 4, p. 147 (1965).
(2) - EASON (R.) - Pulsed laser deposition of thin films applications-led growth of functional materials. - Wiley, 754 p. (2007).
(3) - KREBS (H.U.), WEISHEIT (M.), FAUPEL (J.), SÜSKE (E.), SCHARF (T.), BUBACK (M.) - Pulsed Laser Deposition (PLD) – A Versatile Thin Film Technique. - In : Kramer B. (eds) Advances in Solid State Physics vol. 43. Springer, Berlin, Heidelberg (2003).
(4) - FIX (T.) - Couches minces de Sr₂FeMoO₆ élaborées par ablation laser pour des jonctions tunnel magnétiques. - Thèse de doctorat, Université de Strasbourg (2006).
(5) - JELLITE (M.), REHSPRINGER (J.-L.), FAZIO (M.A.), MULLER (D.), SCHMERBER (G.), FERBLANTIER (G.), COLIS (S.), DINIA (A.), SUGIYAMA (M.), SLAOUI (A.), CAVALCOLI (D.), FIX (T.) - Investigation of LaVO₃ based compounds as a photovoltaic absorber. - Sol. Energy 162, p. 1...

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ANNEXES

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1. 1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
2. 1.2 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)

1 Annuaire

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AdNaNo

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http://www.pvdproducts.com

Solmates

https://www.solmates.nl/

SPECS

https://www.specs-group.com

Surface

https://www.surface-tec.com/

TSST

https://www.tsstsystems.com

HAUT DE PAGE

1.2 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)

REseau Croissance et InsTrumentation en Ablation Laser (RECITAL)

https://www.u-picardie.fr/recital/

Groupement de recherche (GDR) 3660 « Oxydes fonctionnels : du matériau au dispositif » (OXYFUN)

https://oxyfun2020.sciencesconf.org/

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Sommaire
Sommaire détaillé

INTRODUCTION

1 - PRINCIPE

1.1 - Bref historique
1.2 - Mécanismes
1.3 - Dispositif expérimental
1.4 - Avantages et inconvénients
- Quiz d'entraînement

2 - PARAMÈTRES DE DÉPÔT

2.1 - Matériaux précurseurs
2.2 - Température de dépôt et substrat
2.3 - Paramètres du laser
2.4 - Atmosphère
2.5 - Résumé des paramètres courants et de leur influence
- Quiz d'entraînement

3 - TECHNIQUES AVANCÉES

3.1 - RHEED
3.2 - SHG
3.3 - Dépôt combinatoire
3.4 - Dépôt sur large surface
- Quiz d'entraînement

4 - EXEMPLES D’APPLICATIONS

4.1 - Oxydes
4.2 - Nitrures
4.3 - Métaux
4.4 - Matériaux carbonés et biomatériaux
4.5 - Polymères et molécules organiques
- Quiz d'entraînement

5 - CONCLUSION

6 - GLOSSAIRE

7 - SIGLES

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