La fabrication des dispositifs optiques à couches minces s'effectue sous vide, la croissance de la couche étant un processus microscopique. Cependant, à l'heure actuelle, seuls quelques facteurs macroscopiques, ayant une relation indirecte avec la qualité de la couche, peuvent être contrôlés directement. Néanmoins, grâce à des recherches expérimentales approfondies et menées sur le long terme, une corrélation régulière entre la qualité de la couche et ces facteurs macroscopiques a été établie. Cette corrélation est devenue un cahier des charges essentiel à la fabrication des dispositifs optiques à couches minces et joue un rôle crucial dans la production de dispositifs de haute qualité.
1. L'effet du placage sous vide
L'influence du degré de vide sur les propriétés du film est due aux pertes d'énergie et aux réactions chimiques provoquées par les collisions en phase gazeuse entre le gaz résiduel et les atomes et molécules du film. Si le degré de vide est faible, la probabilité de fusion entre les molécules de vapeur du matériau du film et les molécules de gaz résiduel augmente, et l'énergie cinétique des molécules de vapeur est fortement réduite. De ce fait, les molécules de vapeur ne peuvent atteindre le substrat, ni traverser la couche d'adsorption de gaz présente sur celui-ci, ou bien elles y parviennent difficilement, l'énergie d'adsorption avec le substrat étant alors très faible. Il en résulte que le film déposé par les dispositifs optiques à couches minces est poreux, sa densité d'accumulation est faible, sa résistance mécanique est médiocre, sa composition chimique est impure, et son indice de réfraction et sa dureté sont faibles.
En général, l'augmentation du vide améliore la structure du film et purifie sa composition chimique, mais accroît les contraintes. Plus la pureté du film métallique ou semi-conducteur est élevée, meilleures sont ses performances ; celles-ci dépendent du degré de vide, qui requiert une porosité directe plus importante. Les principales propriétés des films affectées par le degré de vide sont l'indice de réfraction, la diffusion, la résistance mécanique et l'insolubilité.
2. Influence du taux de dépôt
Le taux de dépôt est un paramètre de processus qui décrit la vitesse de dépôt du film, exprimée par l'épaisseur du film formé sur la surface du placage par unité de temps, et l'unité est nm·s-1.
La vitesse de dépôt influe considérablement sur l'indice de réfraction, la fermeté, la résistance mécanique, l'adhérence et les contraintes du film. À faible vitesse de dépôt, la plupart des molécules de vapeur retournent du substrat, la formation des germes cristallins est lente et la condensation ne peut se produire que sur de gros agrégats, ce qui rend la structure du film peu dense. À l'inverse, l'augmentation de la vitesse de dépôt permet la formation d'un film fin et dense, réduit la diffusion de la lumière et accroît la fermeté. Par conséquent, le choix de la vitesse de dépôt est crucial dans le procédé d'évaporation et doit être déterminé en fonction du matériau du film.
Il existe deux méthodes pour améliorer le taux de dépôt : (1) la méthode d'augmentation de la température de la source d'évaporation (2) la méthode d'augmentation de la surface de la source d'évaporation.
Date de publication : 29 mars 2024