Numerical and experimental study of thin films’ growth deposited by reactive sputtering.

Etude numérique et expérimentale de la croissance de couches minces déposées par pulvérisation réactive.

Ahcene Siad (1, 2)

1 LABOMAP - Laboratoire Bourguignon des Matériaux et Procédés
2 Dipartimento di Ingegneria Elettrica Elettronica e dei Sistemi

The objective of the present work is to determine experimentally the input parameters of the modelling software and then to compare experimental and numerical results in the case of different metals and their oxides. The GLAD configuration was deliberately chosen for the particular angled structures it allows.The Physical Vapor Deposition (PVD) process can be divided in three steps: ejection of atoms from the target, transport to the substrate and growth of the thin films. Different softwares have been developed for each step: SRIM is a computer program that calculates the interactions of energetic ions; SIMTRA simulates the transport of the atoms from the target to the substrate and Simul3D simulates the growth of the film. The evolution of the thin angled films’ properties (column tilt angles β, thickness, residual stress, etc.) versus the orientation of the substrate is studied.The experimental and numerical results complement each other and allow a better understanding of the many aspects of the study.

L’objectif de ce travail est de déterminer expérimentalement les paramètres d’entrée des logiciels de simulation, puis de comparer les résultats expérimentaux et numériques pour différents métaux ainsi que pour leurs oxydes. La configuration GLAD a été volontairement choisie pour les structures inclinées particulières qu’elle permet.Le processus de formation de dépôt en phase vapeur (PVD) peut être divisé en trois étapes : l'éjection d'atomes de la cible, le transport vers le substrat et la croissance des couches minces. Chacune est simulée par un logiciel : SRIM pour l’éjection de matière de la cible suite à l’impact avec un ion, SIMTRA pour le transport des atomes de la cible jusqu’au substrat et Simul3D pour la croissance des dépôts. L’évolution des propriétés des couches inclinées (angle d’inclinaison des colonnes β, épaisseur de la couche, contraintes résiduelles, etc) en fonction de la position et de l’angle d’orientation du substrat est étudiée.Les résultats expérimentaux et numériques se complètent mutuellement et permettent une meilleure compréhension des nombreux aspects de l’étude.

Mots clés: Growth simulation; Thin films; Process instrumentation; Reactive sputtering; Characterisation

Mots clés: Simulation de croissance; Couches minces; Instrumentation du procédé; Pulvérisation réactive; Caractérisation

Domaines: Mécanique des matériaux [physics.class-ph]

Ahcene Siad. Etude numérique et expérimentale de la croissance de couches minces déposées par pulvérisation réactive.. Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Ecole nationale supérieure d'arts et métiers - ENSAM, 2016. Français. ⟨NNT : 2016ENAM0024⟩. ⟨tel-01418118⟩