Dépôt organosilicie par plasma froid basse pression et pression atmosphérique sur substrats microstructurés

Organosilicon plasma deposition on microstructured substrate by microwave low pressure plasma and atmospheric pressure Townsend discharge

• Auteur / Autrice : Isabelle Savin de Larclause
• Direction : Patrice Raynaud, Yvan Ségui, Nicolas Ghérardi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux et procédés plasmas
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Silicium -- Couches minces

Projection au plasma

Applications industrielles

Plasmas froids

Dépôt chimique en phase vapeur activé par plasma

Mots clés libres

Dépôt par plasma

Organosilicié

Conformité

Substrat microstructuré

Couches minces

Pecvd

Plasma ECR

Plasma à la pression atmosphérique

Décharge à barrière diélectrique

Hmdso

Résumé

Ces travaux de thèse sont partie intégrante d'un projet centré sur l'optique ophtalmique, né de la volonté de la société Essilor de préparer un saut technologique, tant dans l'appréhension de la fonction optique des verres ophtalmiques que dans leur mode de production. L'idée novatrice du projet repose sur l'introduction de fonctions actives dans le verre, grâce à la discrétisation de ce dernier. Pour se faire, Essilor s'est tournée vers les technologies de la microélectronique et notamment les technologies plasma. La thématique abordée ici est le dépôt d'un film mince par plasma sur un substrat microstructuré. Afin de posséder une qualité, en terme de propriété finale, homogène sur l'ensemble de la microstructure, ce film doit être conforme, c'est-à-dire d'épaisseur, de composition et de structure égale sur l'ensemble du substrat. La problématique de cette thèse est donc la compréhension des mécanismes régissant cette propriété, la conformité, au travers de la comparaison de deux procédés, un réacteur plasma micro-onde ECR basse pression et une décharge de Townsend à la pression atmosphérique. L'incidence des paramètres opératoires (puissance, polarisation du substrat, température, mélange gazeux) sur la conformité a été étudiée. Ceci a permis de vérifier l'importance de l'effet d'ombrage à basse pression et de mettre en évidence le rôle majeur des ions. A pression atmosphérique, bien que le libre parcours moyen soit petit par rapport à la taille des microstructures, le dépôt se concentre essentiellement sur les régions supérieures de la microstructure. Afin de comprendre ce phénomène, des simulations de transports de matière et de champ électrique ont été mises en place. Il est apparu que la diffusion était susceptible d'expliquer ceci et que ces effets étaient accentués par la répartition du champ électrique à la surface de la microstructure. La prépondérance de l'un de ces phénomènes (la diffusion ou les effets de champ) semble varier selon les conditions, et en particulier selon le mélange gazeux.

This PhD works is part of an industrial project on ophthalmic optic, developed by the company Essilor. The aim is to prepare a technological step in the apprehension of the optical function of the glass and in their production. The innovative idea is based on the introduction of some actives functions in the glass, thanks to its discretisation. To do so, Essilor turns toward the microlectronic technologies, and especially the plasma technologies. The thematic treated here is the deposition of a thin film by plasma on a microstructurated substrate. In order to obtain a quality of the film homogeneous on the whole microstructure, the coating must be conformal, i. E. It must have a thickness, composition and structure constant on all the microstructure parts. Thus, the issue of this PhD is the understanding of the mechanisms which control this property, through the use of two different processes, a microwave ECR low pressure plasma and an Atmospheric Pressure Townsend discharge. The effect of process parameters (power, substrate polarisation, temperature, gas mixture) on the conformity was studied. This allowed checking the significance of the shadow effect at low pressure and to bring out the main role of the ions. At atmospheric pressure, although mean free pass is lower compared to the microstructure size, the coating is mainly concentrated on the superior regions of the microstructure. In order to understand this phenomena, reactive mass transfer simulation and electrical field simulation was done. The diffusion seems to be responsible, and these effects are accentuated by the repartition of the electrical field at the surface. The predominance of one of these phenomena (diffusion or field effect) changes in function of the process conditions.