Résumé : L`étude d`un procédé de dépôt de films de diamant

Résumé :
L’étude d’un procédé de dépôt de films de diamant nanocristallin (DNC) assisté par plasma micro-onde
pulsé en mélange Ar/H2/CH4, est réalisée.
Un modèle numérique 1D, développé précédemment au LIMHP, est validé expérimentalement par des
mesures de spectroscopie d’absorption effectuées sur le système de Swan du radical C2. L’analyse du
plasma reposant sur les bilans réactionnels, les profils spatiaux et temporels des grandeurs de la décharge
montre que la chimie est principalement gouvernée par la thermique. Le plasma est caractérisé par une
température de gaz très élevée et une forte teneur en hydrogène atomique. A l’interface plasma/surface
sont générées les espèces potentiellement précurseurs du dépôt de DNC : les radicaux C2, CH3, CH2, CH
et l’atome de carbone. Bien que les espèces clefs de croissance ne soient pas formellement identifiées,
une analyse critique des résultats de la littérature concernant les phénomènes de germination secondaire
se déroulant lors du dépôt de DNC est obtenue. Elle conduit à remettre en question les conclusions de
May et al. excluant le radical C2 comme espèce de croissance.
L’optimisation des propriétés morphologique, topographique et électrique des films de DNC, en vue de la
conception de filtres à ondes acoustiques de surface (SAW) fonctionnant à fréquence élevée, est obtenue
par la modulation de la puissance injectée et l’ajustement des paramètres de dépôt. Associés à la
lithographie électronique, la faible rugosité de surface, la faible taille de grains et le caractère résistif des
films de DNC, élaborés à basse fréquence, permettent la réalisation de dispositifs SAW en structure
multicouches IDTs/AlN/DNC fonctionnant jusqu’à 4 GHz.
Mots clés :
Réacteur micro-onde, décharges continue et pulsée, dépôt chimique en phase vapeur (CVD), diamant
nanocristallin, croissance par germination secondaire, dispositifs à ondes acoustiques de surface (SAW),
spectroscopie d’absorption et d’émission, système Swan de C2, modélisation 1D.
Abstract :
The study of a nanocrystalline diamond (NCD) film deposition process enhanced by microwave and
pulsed Ar/H2/CH4 plasma is reported.
The validation of a 1D model, previously developed at the LIMHP, is experimentally carried out by
absorption spectroscopy measurements performed on C2 Swan system. Analysis of the discharge is based
on reactional kinetics balances, as well as the spatial and temporal distributions of different species. It
shows that the plasma chemistry is controlled by gas temperature (Tg). The plasma is characterized by
high Tg and hydrogen atoms density. Potential NCD growth precursor species such as C2, CH3, CH2, CH
radicals and C atoms are produced near the substrate. Although no key species is clearly identified, an
exhaustive review of other groups results about the secondary nucleation growth involved during NCD
deposition is made. It leads to reconsider May et al.’s conclusions which exclude C2 radical for growth
processes.
In order to achieve surface acoustic waves (SAW) devices working at high frequency, optimisation of
structural and electrical properties of NCD films is obtained by modulating microwave power and
adjusting process parameters. SAW devices based on IDTs/AlN/NCD layer structure, operating at 4 Ghz,
are obtained using combination of electron-beam lithography and NCD films elaborated at low frequency
and characterized by small grain size, low surface roughness and high electrical resistivity..
Keywords:
Micro-wave reactor, pulsed and continuous discharges, chemical vapor deposition (CVD), nanocrystalline
diamond, secondary nucleation growth, surface acoustic waves (SAW) devices, absorption and emission
spectroscopy, C2 Sawn system, 1D model.