« Équipements périphériques » : différence entre les versions
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===A - Évaporateurs à effet Joule=== |
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Évaporateur Edwards de type Auto 306 |
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Source : différents types de matériaux de haute pureté (Al, Ge, In, Pd et autres sur demande) |
Source : différents types de matériaux de haute pureté (Al, Ge, In, Pd et autres sur demande) |
Version du 22 août 2013 à 19:31
Les processus d’élaboration et de traitement nécessitant une atmosphère très propre et régulée sont effectués dans la salle blanche.
D’autres, moins sensibles, sont réalisés à l’extérieur de celle-ci mais tout de même à proximité afin de réduire les sources de pollution.
Les différents équipements situés en périphérie de la salle blanche sont les suivants :
- un équipement de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD pour "Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition") pour la croissance de couches et la passivation
- un four à recuit rapide (RTA pour "Rapid Thermal Annealing")
- cinq évaporateurs à effet Joule ou à canon à électrons
- un réacteur RIE (pour "Reactive Ion Etching") pour la gravure profonde de plaquettes de silicium
- une sérigraphieuse pour le dépôt de pâtes métalliques
- quatre fours classiques de diffusion et de recuit
La plupart de ces équipements font l’objet d’une activité de service ouverte aux autres laboratoires et aux industriels. Les pages consacrées aux différents appareils en donnent les principales caractéristiques techniques. Les demandes peuvent simplement être adressées par courriel.
PECVD
Le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD pour "Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition") est une technique de dépôt par voie sèche, c’est-à -dire à partir d’une phase gazeuse. Elle utilise des gaz précurseurs qui sont injectés dans une enceinte et le dépôt résulte de la décomposition de ces gaz par une réaction chimique.
Dans la méthode CVD classique, la décomposition des gaz est obtenue en appliquant des températures élevées (typiquement 1000°C). Dans la méthode PECVD, la réaction chimique est assistée par une décharge électrique radiofréquence (13,56 MHz) qui ionise les gaz et forme un plasma (un mélange globalement neutre constitué d’ions et d’électrons). Le plasma favorise la dissociation des gaz et active la réaction chimique en phase vapeur.
Dans le cas des réacteurs ECR-PECVD (ECR pour "Electron Cyclotron Resonance") comme celui disponible au Laboratoire, une source micro-onde (2,45 GHz) est injectée dans la chambre de réaction. La résonance est obtenue lorsque la fréquence de cette source et la fréquence cyclotron des électrons sont égales. Le couplage énergétique entre les électrons du plasma et la source micro-onde est alors optimal, ce qui augmente le degré d’ionisation du plasma et permet de réaliser des dépôts en maintenant le substrat à des températures inférieures à 500°C.
La PECVD fait l’objet d’une activité de service ouverte aux autres laboratoires et aux entreprises. Les demandes peuvent simplement être adressées par courriel.
Caractéristiques techniques
Modèle : réacteur ROTH & RAU de type MycroSys 400 PECVD System Épaisseur des couches déposées : quelques nm à 2 µm Taille des échantillons : 4 pouces de diamètre ou 10 cm de côté Porte-échantillon : plaquette de Si de 6 pouces de diamètre Température du substrat : 50 à 500°C Gaz précurseurs : SiH4, N2O, Ar, H2, N2 et NH3 Source radiofréquence : 0 à 1000 W de puissance, courant de l’aimant de 5 A Source micro-onde : 0 à 300 W de puissance, différence de potentiel entre l’anode et la cathode de 70 à 800 V Vide avant le dépôt : 2·10-7 mbar Vide pendant le dépôt : 10-3 à 10-2 mbar Mode de fonctionnement : manuel ou automatique
Principales utilisations
Le réacteur ECR-PECVD est surtout utilisé pour :
- la croissance de couches antireflets SixNy:H pour les cellules photovoltaïques, avec possibilité d’en varier les propriétés (épaisseur, indice de réfraction, coefficient d’absorption ...) en modifiant les proportions des gaz et les paramètres du plasma
- la croissance de couches d’oxydes SiOx
- la croissance de couches d’oxynitrures SixNyOz
- la passivation des défauts cristallins, y compris les liaisons pendantes, par hydrogénation
- le décapage par plasma hydrogène à basse température (par exemple pour la réalisation d’émetteurs sélectifs pour les cellules solaires)
- le dépôt de couches de silicium amorphe (par exemple pour la cristallisation induite par aluminium) ...
Évaporateurs
L’évaporation d’un matériau placé dans un creuset permet d’en déposer une couche fine sur un substrat. L’évaporation peut être obtenue soit par effet Joule, en chauffant le creuset contenant le matériau à déposer, soit en utilisant un évaporateur à canon à électrons. Dans ce cas un faisceau d’électrons bombarde le matériau. Au point d’impact l’énergie cinétique des électrons est convertie en chaleur, ce qui fait fondre le matériau et provoque son évaporation.
Le Laboratoire dispose de deux évaporateurs à effet Joule et de trois évaporateurs à canon à électrons dont les caractéristiques techniques sont spécifiées ci-dessous.
Le dépôt de couches par évaporation fait l’objet d’une activité de service ouverte aux autres laboratoires et aux entreprises. Les demandes peuvent simplement être adressées par courriel.
Caractéristiques techniques
A - Évaporateurs à effet Joule
Évaporateur Edwards de type Auto 306 Source : différents types de matériaux de haute pureté (Al, Ge, In, Pd et autres sur demande) Épaisseur du dépôt : 5 à 150 nm Taille maximale du substrat : 1 pouce Vide avant le dépôt : jusqu’à 10-7 mbar Vide pendant le dépôt : 2-6·10-6 mbar Remarque : risque d’échauffement de l’échantillon selon l’épaisseur déposée
Évaporateur or/aluminium Source : 2 creusets pour Au et Al Épaisseur du dépôt : 5 à 150 nm Taille maximale du substrat : 3 pouces Vide avant le dépôt : jusqu’à 10-7 mbar Vide pendant le dépôt : 5·10-4 à 10-6 mbar Porte-échantillon : permet des dépôts en face avant et arrière sans rupture du vide Remarque : risque d’échauffement de l’échantillon selon l’épaisseur déposée
B - Évaporateurs à canon à électrons
Évaporateur Airco de type Temescal Source : 4 creusets pour des matériaux de pureté supérieure à 4N (Al, Ti, Ag et Pd) Épaisseur du dépôt : 5 à 2000 nm avec une précision de ± 10% Taille maximale du substrat : 10 pouces avec un système planétaire de fixation Vide avant le dépôt : jusqu’à 2·10-7 mbar Vide pendant le dépôt : 5·10-5 à 10-6 mbar Remarque : l’échantillon reste à température ambiante pendant le dépôt
Évaporateur "2JPM" Source : 4 creusets pour des matériaux de haute pureté (Ge, In, Al et autres sur demande) Épaisseur du dépôt : 5 à 2000 nm avec une précision de ± 10% Taille maximale du substrat : 1,5 pouce Vide avant le dépôt : jusqu’à 2·10-7 mbar Vide pendant le dépôt : 3-7·10-5 mbar Remarque : possibilité de refroidir (à 10°C) ou de chauffer (jusqu’à 350°C) les échantillons
Évaporateur "JK2S" Source : 3 creusets pour tout type de matériaux, y compris les matériaux réfractaires Épaisseur du dépôt : 5 à 500 nm Taille maximale du substrat : 4 pouces Vide avant le dépôt : jusqu’à 10-7 mbar Vide pendant le dépôt : 2-6·10-5 mbar
Principales utilisations
Les évaporateurs sont surtout utilisés pour :
la métallisation (par exemple pour les cellules photovoltaïques et les détecteurs) le dépôt d’électrodes pour les matériaux à caractériser le dépôt de couches minces réfractaires ...