Simulations du dépôt par pulvérisation plasma et de la croissance de couches minces

Simulations of plasma sputtering deposition and thin film growth

• Auteur / Autrice : Lu Xie
• Direction : Pascal Brault, Jean-Marc Bauchire
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 02/09/2013
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de recherches sur l'énergétique des milieux ionisés. UMR 7344 (Orléans ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Leanne Pitchford
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Brault, Jean-Marc Bauchire, Leanne Pitchford, Alain Dollet, Erik Neyts, William Bussiere, Anne-Lise Thomann
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Alain Dollet, Erik Neyts

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dynamique moléculaire

Magnétrons

Pulvérisation cathodique

Couches minces

Mots clés libres

Plasma

Couche mince

Croissance

Agrégat

Dynamique moléculaire

Magnétron

Plasma

Thin film

Growth

Aggregate

Molecular dynamics

Magnetron

Résumé

L'objectif de cette thèse est d'étudier le dépôt de couches minces par pulvérisation plasma à l'aide de simulations de dynamique moléculaire, en mettant l'accent sur les mécanismes de la formation de la microstructure dans diverses conditions de dépôt pertinentes pour les expériences. Des dépôts de films minces de ZrxCu100-x et AlCoCrCuFeNi sur Si (100) par procédé magnétron de co-pulvérisation ont été étudiés par simulations de dynamique moléculaire utilisant des conditions initiales similaires à celles des expériences. Les résultats montrent que la phase de films minces ZrxCu100-x est déterminée par la composition de l'alliage binaire et par l'énergie cinétique moyenne des atomes incidents. Les alliages AlCoCrCuFeNi simulés possèdent la structure fcc / bcc modulée par la composition, en conformité avec l'expérience. Ils ont une tendance à évoluer vers une solution solide de verres métalliques massifs a été trouvée. Le dépôt par pulvérisation plasma d'atomes de platine sur deux substrats carbonés nanostructurés (carbone poreux et nanotubes de carbone) a également été étudié à température ambiante (300K) et pour deux ensembles de paramètres de potentiels Lennard-Jones et à trois distributions d’énergie cinétique différentes d'atomes Pt incidents sur le substrat. Les résultats des simulations sont en bon accord avec les résultats expérimentaux. Enfin, la simulation numérique des décharges magnétron a été introduite en vue de déterminer les paramètres d'entrée pour les simulations de MD. Les particules chargées sont décrites par le modèle hydrodynamique, en utilisant des expressions classiques des flux. Les caractéristiques du réacteur sont reproduites par les premières simulations.

The objective of this thesis is to study the deposition of thin films by plasma sputtering using moleculardynamics simulations, focusing on the mechanisms of formation of the microstructure in various deposition conditions relevant to experiments. Deposition of thin films AlCoCrCuFeNi and ZrxCu100-x on Si (100) by magnetron sputtering process of co-sputtering have been studied by molecular dynamics simulations using similar experiments to those initial conditions. The results show that the phase ZrxCu100-x thin films is determined by the composition of the binary alloy and the average kinetic energy of the incident atoms. The simulated AlCoCrCuFeNi alloys have fcc / bcc structure modulated by the composition in accordance with experience. They have a tendency to evolve into a solid solution of bulk metallic glasses found. Plasma deposition of platinum atoms spray on two nanostructured carbon substrates (porous carbon and carbon nanotubes) has also been studied at room temperature (300K) and two sets of parameters of Lennard-Jones potential and three distributions of different kinetic energy Pt atoms incident on the substrate. The simulation results are in good agreement with the experimental results. Finally, the numerical simulation of magnetron discharges was introduced to determine the input parameters for the MD simulations. The charged particles are described by the hydrodynamic model, expressions using conventional flow. The characteristics of the reactor are reproduced by the first simulations.