Que sont les revêtements à couches minces?
Les revêtements à couches minces sont des couches de matériau extrêmement minces placées sur la surface du substrat. Ils peuvent varier en épaisseur de plusieurs micromètres, ou millions de mètres, à moins de 1 nanomètre, ou un milliardième de mètre. Les revêtements à couches minces peuvent être fabriqués à partir de diverses substances, notamment du silicium, de la céramique et de l'arséniure de gallium. Ils sont couramment utilisés dans les dispositifs optiques tels que les cellules photovoltaïques utilisées pour la production d'énergie solaire, pour les composants de l'électronique et dans les outils et autres équipements qui nécessitent une résistance aux dommages de la surface.
La composition d'un revêtement à film mince dépend de son objectif. Les revêtements à couches minces utilisés dans les cellules photovoltaïques pour générer de l'énergie solaire sont faits de matériaux semi-conducteurs tels que l'arséniure de silicium et de gallium. Ces matériaux peuvent convertir l'énergie de la lumière en courant électrique lorsque des photons de lumière entrants excitent les électrons du matériau semi-conducteur à des niveaux d'énergie plus élevés. Ces revêtements sont également utilisés dans l'électronique, comme CI intégréRcuits.
Les films minces semi-conducteurs sont souvent appliqués dans une série de couches avec des compositions chimiques variables pour affecter les propriétés du film. Ces couches peuvent être incroyablement minces et certains revêtements à couches minces ont des couches qui ne sont qu'un seul atome d'épaisseur. Ainsi, un revêtement à couches minces peut contenir une structure interne complexe de couches variables dans un espace extrêmement petit.
Les céramiques à couches minces sont utilisées dans des applications qui nécessitent des matériaux résistants à l'usure ou à la corrosion. Les outils de coupe, par exemple, peuvent avoir une durée de vie très prolongée s'ils sont fabriqués avec une fine couche externe en céramique à la pointe pour protéger le reste de la lame contre l'usure. Les appareils qui utilisent des produits chimiques réactifs, tels que les piles à combustible, peuvent utiliser la céramique à couches minces pour les contenir en raison de l'inertie chimique relative du film céramique.
Les autres utilisations des revêtements à couches minces comprennent les batteries de lithium rechargeables,qui peut être fabriqué avec une cathode composée d'un film mince de lithium et d'oxydes métalliques pour produire des batteries beaucoup moins volumineuses et plus flexibles que les batteries conventionnelles. Les miroirs contiennent un film métallique mince, généralement en aluminium dans des miroirs modernes, derrière le verre pour créer une surface réfléchissante. Les revêtements de films en aluminium mince sont également utilisés dans l'emballage de nombreux biens de consommation modernes, en particulier les aliments, pour augmenter la durée de conservation des articles périssables et rendre l'emballage plus brillant et plus visible. Les films en aluminium sont également utilisés comme isolation, en particulier pour les applications qui nécessitent une flexibilité et une portabilité, et elles sont incorporées dans des éléments spatiaux, des équipements de protection des pompiers et des couvertures isolantes d'urgence pour les victimes de chocs.
Les revêtements à couches minces sont appliqués à une surface à travers l'une des nombreuses techniques appelées collectivement dépôt en couches minces. La plupart de ces méthodes sont classées comme un dépôt chimique, dans lequel le film mince est applIED par une réaction chimique entre la surface et un fluide appelé précurseur, ou dépôt physique, dans lequel le film est appliqué par des moyens mécaniques, thermiques ou électriques. Les méthodes de dépôt chimique comprennent le placage, qui utilise une solution précurseur liquide contenant des ions métalliques dissous, et un dépôt chimique de vapeur, dans lequel la surface réagit avec les composés gazeux.
Les méthodes physiques de dépôt sont effectuées dans une chambre à vide contenant le substrat et la substance. Les particules de ces derniers sont éliminées par divers moyens, tels que le chauffage, les impulsions laser ou les arcs électriques, créant une vapeur qui forme un film sur le substrat. Il existe également des méthodes qui utilisent à la fois des processus physiques et chimiques et ne s'intègrent pas bien dans l'une ou l'autre catégorie, comme la pulvérisation réactive et l'épitaxie du faisceau moléculaire.