L’évaporation en couche mince est un processus de dépôt physique en phase vapeur utilisé pour créer des couches minces d’un matériau. Plus couramment utilisée pour les films métalliques et les toits solaires, l’évaporation en couche mince utilise différentes technologies pour évaporer de plus gros morceaux de matériau dans une chambre à vide pour laisser une couche mince et uniforme sur une surface. Le processus d’évaporation en couche mince le plus largement utilisé consiste à chauffer et à évaporer le matériau cible lui-même, puis à lui permettre de se condenser sur le substrat, ou la surface, qui reçoit la couche mince.
Ce processus commence généralement dans une chambre à vide scellée, qui est optimisée pour aspirer la vapeur et les particules gazeuses en réduisant la pression de l’air et l’entassement d’autres molécules d’air. Non seulement cela réduit l’énergie nécessaire pour s’évaporer, mais cela permet également un chemin plus direct vers la zone de dépôt car les particules de vapeur ne sont pas renvoyées par autant d’autres particules dans la chambre. Une mauvaise construction de la chambre avec plus de pression d’air réduira ces effets de vide, rendant le film mince résultant moins lisse et uniforme.
Les deux stratégies principales pour vaporiser le matériau cible sont l’évaporation par faisceau d’électrons et l’évaporation de filament. Les techniques de faisceau d’électrons consistent à chauffer le matériau source à des températures élevées en le bombardant d’un flux d’électrons, qui sont dirigés par un champ magnétique. Le tungstène est généralement utilisé comme source d’électrons, et il peut produire plus de chaleur pour le matériau que les techniques d’évaporation de filament. Bien que les faisceaux d’électrons puissent atteindre des températures plus élevées, ils peuvent également créer des effets secondaires nocifs non intentionnels, tels que des rayons X, qui pourraient potentiellement endommager les matériaux à l’intérieur de la chambre. Les processus de recuit peuvent éliminer ces effets.
L’évaporation du filament est la deuxième méthode pour induire l’évaporation dans le matériau, et elle implique le chauffage à travers des éléments résistifs. Habituellement, la résistance est créée en alimentant le courant à travers une résistance stable, générant suffisamment de chaleur pour faire fondre puis vaporiser le matériau. Bien que ce processus puisse légèrement augmenter la probabilité de contamination, il peut créer des taux de dépôt rapides d’environ 1 nm par seconde en moyenne.
Par rapport à d’autres méthodes de dépôt en phase vapeur, telles que la pulvérisation cathodique et le dépôt chimique en phase vapeur, l’évaporation en couche mince offre quelques avantages et inconvénients clés. Certains des inconvénients incluent une uniformité de surface moindre et une couverture de marche réduite. Les avantages incluent des taux de dépôt plus rapides, en particulier par rapport à la pulvérisation cathodique, et moins d’ions et d’électrons à grande vitesse, qui sont fréquents dans les processus de pulvérisation cathodique.