La pulvérisation cathodique est une méthode pour déposer des couches très minces d’un matériau sur une surface en bombardant un matériau source dans une chambre scellée avec des électrons ou d’autres particules énergétiques pour éjecter les atomes de la source sous forme d’aérosol qui se déposent ensuite sur toutes les surfaces de la chambre . Le processus peut déposer des couches de films extrêmement fines jusqu’à l’échelle atomique, mais a également tendance à être lent et est mieux utilisé pour les petites surfaces. Les applications incluent le revêtement d’échantillons biologiques pour l’imagerie dans des microscopes électroniques à balayage (SEM), le dépôt de couches minces dans l’industrie des semi-conducteurs et le dépôt de revêtements pour l’électronique miniaturisée. L’industrie de la nanotechnologie dans la recherche en médecine, en informatique et en science des matériaux s’appuie souvent sur le dépôt par pulvérisation cathodique pour concevoir de nouveaux composites et dispositifs à l’échelle du nanomètre, ou du milliardième de mètre.
Plusieurs types différents de méthodes de pulvérisation cathodique sont couramment utilisés, notamment la pulvérisation cathodique par flux de gaz, réactive et magnétron. La pulvérisation cathodique par faisceau d’ions et assistée par ions est également largement utilisée en raison de la variété de produits chimiques pouvant exister à l’état ionique. La pulvérisation cathodique par magnétron est ensuite décomposée en applications à courant continu (CC), à courant alternatif (CA) et à radiofréquence (RF).
La pulvérisation magnétron fonctionne en plaçant un champ magnétique autour du matériau source qui sera utilisé pour le dépôt de couches sur la cible. La chambre est ensuite remplie d’un gaz inerte, tel que l’argon. Comme le matériau source est chargé électriquement avec un courant alternatif ou continu, les électrons éjectés sont piégés dans le champ magnétique et interagissent finalement avec l’argon gazeux dans la chambre pour créer des ions énergétiques composés à la fois d’argon et du matériau source. Ces ions s’échappent ensuite du champ magnétique et impactent le matériau cible, déposant lentement une fine couche de matériau source sur sa surface. La pulvérisation cathodique RF est utilisée dans ce cas pour déposer plusieurs variétés de films d’oxyde sur des cibles isolantes en faisant varier la polarisation électrique entre la cible et la source à une vitesse rapide.
La pulvérisation cathodique par faisceau d’ions fonctionne sans que la source n’ait besoin d’un champ magnétique. Les ions éjectés du matériau source interagissent avec les électrons d’une source secondaire de sorte qu’ils bombardent la cible avec des atomes neutres. Cela rend un système de pulvérisation ionique capable de revêtir à la fois des matériaux et des pièces cibles conducteurs et isolants, tels que les têtes à couche mince pour les disques durs d’ordinateur.
Les machines à pulvérisation réactive reposent sur des réactions chimiques entre le matériau cible et les gaz qui sont pompés dans une chambre à vide. Le contrôle direct des couches de dépôt se fait en modifiant la pression et les quantités de gaz dans la chambre. Les films utilisés dans les composants optiques et les cellules solaires sont souvent fabriqués par pulvérisation cathodique réactive, car la stoechiométrie ou les vitesses de réaction chimique peuvent être contrôlées avec précision.