Characterization of High Power Impulse Magnetron Sputtering Discharges

La tendance actuelle dans le domaine du dépôt physique en phase vapeur porte en partie sur le développement de processus permettant une ionisation élevée du matériau pulvérisé. Cette forte ionisation permet d'obtenir des conditions favorables à la fabrication de couches minces très denses. C'est le cas de la pulvérisation magnétron pulsée de grande puissance (HiPIMS), une technique de dépôt récemment introduite dans les milieux académiques et industriels. Ainsi, une forte dissipation de puissance au niveau de la cible durant chaque impulsion HiPIMS mène à la génération d'un plasma de haute densité et à une ionisation considérable du matériau pulvérisé. Pour cette raison principale, la concetration en ions métalliques d'un plasma HiPIMS peut être élevée, ce qui peut mener à une auto-pulvérisation de la cible. Malgré les importants progrès tant dans la compréhension que dans l'application de cette nouvelle technique de dépôt, une multitude de questions reliées à la dynamique complexe des décharges HiPIMS restent ouvertes. Ces questions concernent nottement les décharges opérées dans des mélanges gazeux réactifs employés dans la préparation de revêtements protecteurs et optiques. Ainsi, à titre d'exemple, il existe très peu d'information concernant la propagation entre la cible et le substrat d'un plasma riche en métal lors de chaque impulsion HiPIMS. Ceci est pourtant un critère important facilitant l'optimisation des conditions de dépôt. Ajoutons qu'il existe plusieurs types de sources de puissance offrant des formes d'impulsion en courant et en tension très différentes, mais qu'aucune analyse rigoureuse de leur décharge respective menant à l'identiffication des avantages et des inconvénients sur le processus de dépôt n'est disponible en ce moment. Le but de la présente thèse consiste ainsi à répondre aux problématiques et aux besoins déffinis plus-haut. En premier lieu nous menons une étude approfondie des processus en phase gazeuse durant des impulsions HiPIMS opérées avec une cible de Cr dans des milieux de Ar, de O2/Ar, de N2 et un mélange de N2 et Ar (N2/Ar) en utilisant primordialement l'émission optique émanant des différentes espèces excitées par le plasma. Nous nous concentrons ensuite sur l'évaluation critique des deux types de décharges pulsées à grande puissance générées par