Le dépôt de couche mince est une technique utilisée dans l’industrie pour appliquer un revêtement mince sur une pièce de conception particulière constituée d’un matériau cible et pour infuser sa surface avec certaines propriétés. Les couches minces sont appliquées pour modifier les propriétés optiques du verre, les propriétés corrosives des métaux et les propriétés électriques des semi-conducteurs. Plusieurs techniques de dépôt sont utilisées, généralement pour ajouter des atomes ou des molécules, une couche à la fois, à une vaste gamme de matériaux dépourvus des propriétés de surface essentielles fournies par les revêtements minces. Toute conception pour laquelle un revêtement de volume et de poids minimum est requis peut bénéficier d’un dépôt de film mince qui expose un matériau cible à un environnement sous tension de liquide, de gaz ou de plasma.
Les premiers revêtements de métal brut ont été utilisés au premier millénaire pour améliorer les propriétés réfléchissantes du verre pour miroirs. Les années 1600 ont vu le développement de techniques de revêtement plus raffinées par les verriers vénitiens. Ce n’est que dans les années 1800 que des méthodes précises d’application de revêtements minces, telles que la galvanoplastie et le dépôt sous vide, ont existé.
La galvanoplastie est une forme de dépôt chimique dans laquelle la pièce à revêtir est fixée à une électrode et immergée dans une solution conductrice d’ions métalliques. Lorsqu’un courant traverse la solution, les ions sont attirés vers la surface d’une pièce pour créer lentement une fine couche de métal. Les solutions semi-solides appelées sol-gels sont un autre moyen de dépôt chimique de films minces. Tant que les particules de revêtement sont suffisamment petites, elles resteront en suspension dans le gel assez longtemps pour s’organiser en couches et fournir un revêtement uniforme lorsque la fraction liquide est éliminée dans une phase de séchage.
Le dépôt en phase vapeur est une technique permettant de créer un dépôt de film mince dans lequel une pièce est revêtue d’un gaz ou d’un plasma sous tension, généralement sous vide partiel. Dans la chambre à vide, les atomes et les molécules se répartissent uniformément et créent un revêtement d’une pureté et d’une épaisseur constantes. Par contre, avec le dépôt chimique en phase vapeur, la pièce est placée dans une chambre de réaction occupée par le revêtement sous forme gazeuse. Le gaz réagit avec le matériau cible pour créer l’épaisseur de revêtement souhaitée. Lors du dépôt par plasma, le gaz de revêtement est surchauffé sous une forme ionique qui réagit ensuite avec la surface atomique de la pièce, généralement à des pressions élevées.
Dans le dépôt par pulvérisation cathodique, une source de matériau de revêtement pur sous forme solide est alimentée par la chaleur ou un bombardement électronique. Certains des atomes de la source solide se détachent et sont suspendus uniformément autour de la surface de la pièce dans un gaz inerte, tel que l’argon. Ce type de dépôt de couche mince est utile pour visualiser des caractéristiques fines sur de petites pièces recouvertes d’or par pulvérisation cathodique et observées au microscope électronique. Lors du revêtement de la pièce pour une étude ultérieure, des atomes d’or sont délogés d’une source solide au-dessus de la pièce et tombent sur sa surface à travers une chambre remplie d’argon gazeux.
Les applications du dépôt de couches minces sont diverses et se sont multipliées. Les revêtements optiques sur les lentilles et le verre plat peuvent améliorer les propriétés de transmission, de réfraction et de réflexion, produisant des filtres ultraviolets (UV) dans les verres correcteurs et le verre antireflet pour les photos encadrées. L’industrie des semi-conducteurs utilise des revêtements minces pour améliorer la conductance ou l’isolation des matériaux tels que les plaquettes de silicium. Les films minces en céramique sont anticorrosifs, durs et isolants ; bien que fragiles à basse température, ils ont été utilisés avec succès dans des capteurs, des circuits intégrés et des conceptions plus complexes. Des couches minces peuvent être déposées pour former des structures intelligentes ultra petites telles que des batteries, des cellules solaires, des systèmes d’administration de médicaments et même des ordinateurs quantiques.