Comprendre l’ALD par la modélisation

Conceptuellement, le dépôt par couche atomique ou ALD ( Atomic Layer Deposition ) réduit drastiquement la complexité des processus chimiques durant les procédés d’élaboration par rapport à la CVD/MOCVD, en supprimant les réactions en phase gazeuse, et en privilégiant une réaction (quasi) unique auto-limitée à la surface du substrat. Cette apparente simplicité a fait de l’ALD un terrain de jeu idéal pour la théorie. Depuis le début des années 2000, le recours à la modélisation n’a cessé de s’étoffer, tant au plan des techniques utilisées qu’à celui des applications visées par les procédés basés ALD.

Aux petites échelles (de temps et d’espace), où se produisent les réactions chimiques intermoléculaires et molécules/surfaces, les calculs fondés sur les premiers principes se sont naturellement imposés, essentiellement via la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). Ils sont aujourd’hui complétés de simulations par dynamique moléculaire réactive. Ils apportent des connaissances essentielles sur la chimie des interactions (chemins réactionnels et barrières d’activation), sur les aspects collectifs de ces mécanismes, sur les taux de croissance des couches, etc.

À l’échelle méso, les modèles Monte Carlo cinétiques ont été proposés pour étudier la formation des interfaces entre matériaux hétérogènes en relation directe avec les paramètres technologiques des dépôts (durée des semi-cycles ALD, pressions partielles)