In Situ Studies of Volatile Molecules Trapping in Zirconium Alloy-Based Non-Evaporable Getter

La demande pour le maintien du vide et l'expulsion de gaz résiduels dans les micro-cavités dans les systèmes microélectromécaniques (MEMS) et dans d'autres dispositifs micro-fabriqués a augmenté significativement lors des dernières années.. Les gaz résiduels empoisonnent souvent le vide et finissent par détériorer le fonctionnement des dispositifs. Afin de maintenir le vide dans les cavités, quelques étapes doivent être mises en oeuvre: i) une étanchéité hermétique de la cavité doit être réalisée pour éliminer les fuites de gaz; ii) un dégazage approprié du système pour déloger et libérer les gaz piégés dans les matériaux est nécessaire avant de sceller de la cavité; Et iii) si nécessaire, incorporer une bande ou une couche mince d'un alliage métallique réactif agissant comme pompe chimique pour débarrasser le système des gaz résiduels pendant le fonctionnement du dispositif. De tels alliages sont connus sous le nom de getters, formés entre autres de métaux de transition actifs tels que Zr, Ti, V et Fe qui chimisorbent spontanément les gaz actifs dans les cavités. Pour améliorer l'efficacité de l'adsorption, une variété de systèmes de matériaux ont été proposés et testés, et deux caractéristiques semblent être critiques: (1) la morphologie (aire de surface); Et (2) la composition (réactivité physique et / ou chimique). Malgré leur importance technologique, peu de choses sont connues sur les mécanismes exacts de piégeage de gaz dans les matériaux. Ce projet aborde cette question en se basant sur des études in situ pour élucider la nature des réactions entre les constituants getters et les gaz résiduels et l'effet de la température d'activation sur la composition de surface et le piégeage des molécules volatiles. Nos études ont porté sur les alliages de zirconium-cobalt-terres rares (REM) qui ont été conçus pour avoir une basse température d'activation (<350oC) compatible avec les processus de fabrication et d'intégration de certains dispositifs MEMS. Des couches minces de ces alliages ont été pulvérisées sur Si. Les films obtenus sont très poreux, ce qui est critique pour réduire la température d'activation. La microscopie électronique à balayage (SEM), la spectroscopie de photoélectrons X (XPS), la spectrométrie de masse d'ions secondaires au temps de vol (TOF-SIMS) et la détection de recul élastique en temps de vol (TOF-ERD) ont été utilisées afin d'examiner la morphologie et la composition de la surface et du matériau massique. L'évolution de la surface en fonction de la température a été analysée in situ via XPS. Ce travail propose des mécanismes détaillés expliquant la réactivité à température ambiante et à haute température du matériau avec O2, N2 et CO2.