Qu'est-ce que le stress des films minces?
La contrainte de film mince fait référence à un assortiment d'imperfections structurelles qui entraînent la dégradation ou la défaillance de couches microscopiques de matériau optique ou conducteur. Un certain nombre de problèmes peuvent survenir lorsque le film est mal produit ou appliqué sur un produit. Avec des couches épaisses parfois de quelques atomes seulement, des interactions imprévues entre les matériaux peuvent avoir un effet marqué sur les performances du film. Compte tenu de ces nombreuses influences, plusieurs types de contraintes importants peuvent se produire. Ceux-ci incluent le stress épitaxial, le stress thermique et le stress de croissance, ainsi que d'autres processus de déformation.
L'adoption de la technologie des couches minces entrave le développement des processus de fabrication et de dépôt afin de s'adapter à un large assortiment de produits. Les technologies domestiques et scientifiques reposent sur les couches minces pour une multitude d’applications en longueur d’onde, telles que les composants optiques des copieurs, les scanners et les panneaux solaires à couches minces. Les produits peuvent également bénéficier d'améliorations des matériaux en film mince, telles que la résistance aux rayures ou aux chocs. Le film mince manipule les propriétés de longueur d'onde et de conductance et étend les capacités de nombreuses technologies. Ses défis variés en matière de fabrication et de dépôt offrent une cible mouvante pour l'innovation et le raffinement.
Les contraintes dues aux couches minces résultent, entre autres, des problèmes de dépôt, des processus thermiques et des technologies laser. Généralement, les films minces sont fabriqués à l'aide de méthodes présentant des caractéristiques, des points forts et des points faibles. Le film peut se fissurer ou se vider, et se soulève parfois de son substrat, alors que d'autres processus peuvent interférer avec des caractéristiques telles que la résistance à l'humidité ou l'oxydation.
La tension épitaxiale en couche mince se produit lorsque les réseaux cristallins d’un film s’alignent parfaitement contre ceux du substrat ou du matériau de support. Il en résulte une contrainte inadaptée lorsque le film et le matériau deviennent un monocristal. La contrainte thermique provient des différences de température sous l'influence de la dilatation thermique. Ce type de stress survient souvent dans des équipements soumis à des changements de température ou à des extrêmes.
Les contraintes liées à la croissance des couches minces, également appelées contraintes intrinsèques, se déforment en raison d’incohérences au cours du processus de dépôt. Le stress survient généralement lorsque l'épaisseur du film a été appliquée de manière inégale. Différents états peuvent survenir par compression, tension ou relaxation, par des différences dans la coalescence des cristaux.
Un autre type de contrainte de film mince est appelé contrainte de surface. Il se produit en unité de force par unité de longueur pendant le dépôt. Ce type contraste avec l'énergie de surface, qui est l'équilibre de la température ou de la réaction chimique sur une unité de surface. Les limites des grains peuvent générer du stress, car les cristaux présentent une flexibilité limitée dans leurs interactions.
En raison de la tension du film mince, les effets peuvent en général altérer les performances du film mince, en le déformant de manière incohérente sur sa surface. Il est essentiel de comprendre et de créer les variations de contrainte souhaitées dans les propriétés de température ou de matériau d'un film mince. Ces facteurs fonctionnent conjointement avec d'autres processus de contrôle, tels que les températures et les débits de gaz, pour créer des précisions cibles dans la production de films minces. L'équilibrage de ces processus peut minimiser les interférences destructives et optimiser les performances de cette technologie microscopique.