Nucléation et croissance des couches minces

La compréhension et le contrôle des différents aspects impliqués dans la nucléation et la croissance des films minces jouent un rôle important dans de nombreuses applications modernes. L'importance relative de l'énergie de surface du noyau par rapport à l'énergie de surface du substrat joue un rôle clé dans la détermination du mode de croissance du film. Les techniques d'ingénierie de surface telles que le polissage/grattage mécanique, la chimie humide, le recuit thermique, les traitements au plasma, etc. peuvent être efficaces pour induire des défauts de surface. Ces traitements de surface réduisent l'énergie de surface et augmentent ainsi la densité de nucléation. En général, les propriétés des films sont fortement influencées par le processus de nucléation.

En raison du processus de nucléation, on peut facilement observer des changements dans la structure cristalline et la morphologie des films déposés. Par exemple, les films à gros grains et à forte rugosité sont généralement obtenus avec de faibles densités de nucléation, tandis que les films à petits grains et lisses correspondent à des densités de nucléation élevées. Il convient de noter que la structure cristalline et la morphologie peuvent avoir un impact significatif sur les propriétés mécaniques, électriques et optiques d'un matériau. Par exemple, la dureté, la ductilité et la résistance d'un matériau dépendent fortement de sa structure cristalline et de sa morphologie. De même, les propriétés optiques (par exemple, la transparence ou la couleur) d'un matériau peuvent être influencées par sa structure cristalline et sa morphologie.

Outre la structure et la morphologie des cristaux, le processus de nucléation affecte également d'autres propriétés physiques du matériau, telles que sa conductivité thermique et électrique et ses propriétés magnétiques. Par exemple, la formation d'une structure cristalline homogène pendant la nucléation peut augmenter la conductivité thermique et électrique, tandis que la formation d'une structure cristalline inhomogène peut entraîner une augmentation de la résistance électrique et une diminution de la conductivité thermique et électrique. Par conséquent, le contrôle du processus de nucléation est essentiel pour déterminer les propriétés finales du film.

L'un des derniers développements et des domaines les plus attrayants liés au contrôle de la nucléation des couches minces, à savoir la DSA, est un domaine de recherche émergent qui implique non seulement des techniques avancées de dépôt et de caractérisation, mais aussi une compréhension approfondie de ce qui se passe à la surface du substrat, c'est-à-dire les interactions entre les molécules précurseurs gazeuses et les groupes fonctionnels de la surface. La nucléation sélective de couches minces peut être obtenue par une variété de techniques, allant de l'utilisation de molécules inhibitrices à la combinaison avec la gravure sélective (ASE), ouvrant des outils uniques pour la conception et la fabrication de nanostructures et de dispositifs complexes.