Qu'est-ce qu'un dépôt de film mince?
Le dépôt de couches minces est une technique utilisée dans l’industrie pour appliquer un revêtement mince sur une pièce de conception particulière faite d’un matériau cible et pour lui conférer certaines propriétés. Les revêtements en film mince sont appliqués pour modifier les propriétés optiques du verre, les propriétés corrosives des métaux et les propriétés électriques des semi-conducteurs. Plusieurs techniques de dépôt sont utilisées, généralement pour ajouter des atomes ou des molécules, une couche à la fois, à une vaste gamme de matériaux dépourvus des propriétés de surface essentielles offertes par les revêtements minces. Toute conception pour laquelle un revêtement de volume et de poids minimum est requis peut bénéficier d'un dépôt en couche mince qui expose un matériau cible à un environnement sous tension de liquide, de gaz ou de plasma.
Les premiers revêtements métalliques bruts ont été utilisés au cours du premier millénaire pour améliorer les propriétés de réflexion du verre pour miroirs. Les années 1600 ont vu le développement de techniques de revêtement plus raffinées par les verriers vénitiens. Il n’existait pas avant les années 1800 des méthodes de précision pour appliquer des revêtements minces, tels que la galvanoplastie et le dépôt sous vide.
La galvanoplastie est une forme de dépôt chimique dans laquelle la partie à revêtir est fixée à une électrode et immergée dans une solution conductrice d'ions métalliques. Lorsqu'un courant traverse la solution, les ions sont attirés à la surface d'une pièce pour créer lentement une mince couche de métal. Les solutions semi-solides appelées sol-gels sont un autre moyen de dépôt chimique de films minces. Tant que les particules d'enrobage sont suffisamment petites, elles resteront en suspension dans le gel assez longtemps pour s'organiser en couches et fourniront un enrobage uniforme lorsque la fraction liquide sera éliminée au cours d'une phase de séchage.
Le dépôt en phase vapeur est une technique permettant de créer un dépôt en couche mince dans lequel une pièce est enrobée dans un gaz ou un plasma sous tension, généralement sous vide partiel. Dans la chambre à vide, les atomes et les molécules se répartissent uniformément et créent un revêtement de pureté et d'épaisseur constantes. Au contraire, lors du dépôt chimique en phase vapeur, la pièce est placée dans une chambre de réaction occupée par le revêtement sous forme gazeuse. Le gaz réagit avec le matériau cible pour créer l'épaisseur de revêtement souhaitée. Lors du dépôt par plasma, le gaz de revêtement est surchauffé sous une forme ionique qui réagit ensuite avec la surface atomique de la pièce, généralement à des pressions élevées.
Lors du dépôt par pulvérisation, une source de matériau de revêtement pur sous forme solide est alimentée par un bombardement par la chaleur ou par des électrons. Certains des atomes de la source solide se détachent et sont suspendus uniformément autour de la surface de la pièce dans un gaz inerte, tel que l'argon. Ce type de dépôt en couche mince est utile pour visualiser les caractéristiques fines de petites pièces recouvertes d'or par pulvérisation cathodique et observées au microscope électronique. En recouvrant la pièce pour une étude ultérieure, les atomes d'or sont délogés d'une source solide au-dessus de la pièce et tombent à la surface de cette dernière à travers une chambre remplie d'argon gazeux.
Les applications des dépôts en couches minces sont diverses et se sont développées. Les revêtements optiques sur les lentilles et les plaques de verre peuvent améliorer les propriétés de transmission, de réfraction et de réflexion en produisant des filtres ultraviolets (UV) dans les verres de prescription et des verres antireflet pour les photos avec cadre. L'industrie des semi-conducteurs utilise des revêtements minces pour améliorer la conductance ou l'isolation de matériaux tels que les plaquettes de silicium. Les films minces en céramique sont anticorrosifs, durs et isolants; bien que fragiles à basses températures, ils ont été utilisés avec succès dans des capteurs, des circuits intégrés et des conceptions plus complexes. Des films minces peuvent être déposés pour former de très petites structures «intelligentes» telles que des batteries, des cellules solaires, des systèmes d'administration de médicaments et même des ordinateurs quantiques.