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3 - TECHNIQUES AVANCÉES

4 - EXEMPLES D’APPLICATIONS

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Article de référence | Réf : E4216 v1

Exemples d’applications
Dépôt par ablation laser pulsé

Auteur(s) : Thomas FIX

Relu et validé le 12 mars 2021

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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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KEYWORDS

thin films   |   materials   |   PLD   |   oxides

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-e4216


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4. Exemples d’applications

4.1 Oxydes

On parle souvent du domaine « oxide electronics » dans la littérature, ou électronique à base d’oxyde, qui vise à transformer et à dépasser les possibilités offertes par les micro- et nano-technologies des semiconducteurs type silicium, bien établies. Une revue sur ce thème est décrite dans , mais les applications potentielles de la PLD dans le monde des oxydes ne se limitent pas à ce thème.

Les oxydes sont souvent déposés par PLD sur des substrats monocristallins eux-mêmes d’oxydes. Un choix adapté de ces substrats permet d’obtenir des dépôts d’oxydes épitaxiés sur leurs substrats. La figure 11 montre les substrats oxydes couramment utilisés en fonction de leur paramètre de maille.

Les substrats oxydes monocristallins sont relativement coûteux et peu disponibles avec une grande surface, ce qui les rend moins intéressants pour les applications industrielles. La possibilité d’obtenir des films d’oxydes épitaxiés sur des substrats monocristallins de silicium ouvre la voie vers plus d’intégration des oxydes dans l’électronique (oxide electronics). La figure 12 montre un exemple de jonction tunnel épitaxiée déposée sur Si (001). Une couche de SrTiO3 (STO) d’épaisseur 3 nm joue le rôle de couche tampon sur la couche de SiOx. Les couches tampon de YSZ (zircone stabilisée à l’yttrium) et de STO sont les plus courantes et utilisées parce que beaucoup d’oxydes perovskites ne sont pas stables chimiquement sur le silicium.

Parmi les oxydes, les oxydes de type perovskite ABO3 sont beaucoup étudiés du fait de leurs propriétés intéressantes telles que la piézoélectricité, la ferroélectricité, le ferromagnétisme, la magnétorésistance, la supraconductivité, et les propriétés diélectriques. Leurs paramètres de maille...

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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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