Torche plasma micro-onde à la pression atmosphérique : application au dépôt de couches minces d'oxyde de silicium

par Syed Salman Asad

Thèse de doctorat en Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Sous la direction de Pascal Tristant et de Christelle Tixier.

Les rapporteurs étaient Thierry Belmonte, Françoise Massines.


  • Résumé

    Un nouveau procédé de dépôt CVD à l’air libre, utilisant une torche micro-onde à injection axiale, a été développé pour le dépôt de couches minces d’oxyde de silicium. Pour obtenir ces films en toute sécurité, il a été nécessaire de concevoir et d’installer un système d’injection des gaz puis d’incorporer la torche dans un réacteur métallique ouvert. L’introduction d’un porte-substrat mobile modifiait le couplage micro-onde / plasma. De ce fait, une approche par simulation a été conduite (logiciel CST microwave-studio) afin d’optimiser les paramètres de fonctionnement de la torche (longueur du guide d’onde = 202 mm, profondeur de la cavité = 13 mm). Ces résultats, confirmés expérimentalement, ont permis de rendre maximum et de stabiliser le transfert d’énergie pendant le traitement, dans un réacteur aux dimensions optimisées. Des couches minces d’oxyde de silicium ont été obtenues à partir de deux précurseurs organométalliques (TMS, HMDSO). Une étude paramétrique a montré que des films transparents pouvaient être déposés à une vitesse relativement élevée dans les conditions suivantes : puissance micro-onde de 500 W, débit de précurseur de 3 10-4 L. Min-1 et une distance torche-substrat de 30 mm dans un débit total de gaz plasmagène (argon) de 15 L. Min-1. Il a été observé une diminution de la vitesse de dépôt de 1500 nm. Min-1 après 15 secondes à quasiment 0 après 5 minutes. Par ailleurs, les films évoluent d’une apparence transparente (< 1. 5 minutes) à poudrée (> 1. 5 minutes). L’augmentation de la température du substrat pendant le dépôt a été identifiée comme le paramètre responsable de cette évolution. Les films et le plasma ont été analysés par différentes techniques afin de proposer des mécanismes de décomposition des précurseurs.

  • Titre traduit

    Atmospheric pressure plasma torch : application to silicon oxide deposition


  • Résumé

    A new open air CVD process assisted by a microwave axial injection torch to deposit thin silicon oxide films has been developed. To obtain these films, in an environment and operator friendly manner, it was necessary to design and install the gas injection system and incorporate the torch in an open metallic chamber containing a mobile substrate holder, which in turn modifies the microwave-plasma energy transfer. Hence, a simulation study is carried out using CST microwave studio in order to optimize the torch parameters (waveguide length= 202 mm, base cavity depth= 13 mm) and the geometry (simple cylinder) around the torch to maximize and stabilize this energy transfer during the process. These results are confirmed by the experiments and helped improving the reactor design. Thin silicon oxide films are deposited using two different organometallic precursors (TMS, HMDSO). The parametric studies showed that transparent films at a relatively high deposition rate (450 nm. Min-1 for 1. 5 minutes) could be obtained in conditions: 500 W for microwave power, 3 10-4 L. Min-1 for precursor flow rate, 30 mm for torch to substrate distance and 15 L. Min-1 for total plasma flow (argon). A decrease in the net deposition rate from 1500 nm. Min-1 after 15 seconds to almost zero after 5 minutes and evolution of the film from transparent (< 1. 5 minutes) to powdery (> 1. 5 minutes) was observed. The increase in the substrate temperature during the process is identified to play an important role. The films and the gas phase are analyzed using different techniques allowing a simplistic vision of the possible mechanisms involved in the process.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (181 p., 36 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliographie : 133 réf., Annexes : 36 p.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Limoges (Section Sciences et Techniques). Service Commun de la documentation.
  • Disponible pour le PEB
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