L'évaporation thermique est une méthode de dépôt physique en phase vapeur (PVD) qui consiste à chauffer un matériau dans une chambre à vide poussé jusqu'à ce qu'il se vaporise, formant une vapeur qui se condense ensuite sur un substrat pour former un film mince.
Ce procédé est particulièrement efficace pour les matériaux à faible point de fusion et est connu pour sa simplicité et sa faible consommation d'énergie.
1. Configuration du procédé
L'évaporation thermique commence par une chambre à vide généralement en acier inoxydable.
À l'intérieur de cette chambre, un creuset ou une barque en matériaux réfractaires tels que le tungstène ou le molybdène contient le matériau à déposer, appelé évaporant.
L'environnement sous vide est crucial car il permet à la vapeur de se déplacer sans réagir ou se disperser contre d'autres atomes, ce qui garantit un processus de dépôt propre.
2. Chauffage et vaporisation
Le matériau est chauffé à l'aide d'une source de chaleur résistive.
Ce chauffage se poursuit jusqu'à ce que le matériau atteigne son point d'ébullition et se vaporise, produisant une pression de vapeur.
Même une pression de vapeur relativement faible est suffisante dans l'environnement sous vide pour créer un nuage de vapeur.
L'importance de la pression de vapeur réside dans sa capacité à faciliter la formation d'un flux de vapeur qui peut traverser la chambre.
3. Dépôt sur le substrat
Le matériau évaporé, maintenant sous la forme d'un flux de vapeur, traverse la chambre à vide et atteint le substrat.
Au contact, il se condense et adhère au substrat, formant un film mince.
Ce processus est doux, l'énergie des particules évaporées étant d'environ 0,12 eV, ce qui convient aux matériaux et aux substrats délicats.
4. Avantages et limites
L'évaporation thermique est privilégiée pour sa simplicité et sa capacité à déposer des métaux à faible point de fusion.
Cependant, elle présente des limites dans le traitement des matériaux à point de fusion élevé en raison des contraintes de température des matériaux du creuset.
Le choix du creuset et de la méthode de chauffage (fils chauffés électriquement ou creusets conducteurs) dépend des propriétés du matériau et de la qualité souhaitée de la couche.
5. Exigences en matière de vide
La pression de base dans la chambre est maintenue à un niveau très bas, généralement entre 10^-7 et 10^-5 mbar, afin de garantir la qualité du dépôt.
Cette faible pression est nécessaire pour éviter la contamination et permettre à la vapeur de se déplacer librement vers le substrat sans interférence.
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