Des chercheurs de l'Université métropolitaine de Tokyo ont utilisé la diffusion magnétron impulsionnelle à haute puissance (HiPIMS) pour créer des films minces de tungstène avec des niveaux de contrainte de film sans précédent. En optimisant la synchronisation d'une impulsion de polarisation du substrat avec une précision de la microseconde, ils ont minimisé les impuretés et les défauts pour former des films cristallins avec des contraintes aussi faibles que 0,03 GPa, similaires à celles obtenues par recuit. Leurs travaux promettent des voies efficaces pour créer des films métalliques pour l'industrie électronique.

L'électronique moderne repose sur la complexité, dépôt à l'échelle nanométrique de films métalliques minces sur des surfaces. C'est plus facile à dire qu'à faire; à moins d'être bien fait, les contraintes de film résultant de la structure interne microscopique du film peuvent provoquer un flambage et une courbure au fil du temps. Se débarrasser de ces contraintes nécessite généralement un chauffage ou un recuit. Malheureusement, plusieurs des meilleurs métaux pour le travail, par exemple., tungstène, avoir des points de fusion élevés, ce qui signifie que le film doit être chauffé à plus de 1000 degrés Celsius. Non seulement cela consomme beaucoup d'énergie, mais cela limite sévèrement les matériaux de substrat qui peuvent être utilisés. La course est lancée pour créer des films à partir de métaux à point de fusion élevé sans ces contraintes en premier lieu.

Une équipe dirigée par le professeur agrégé Tetsuhide Shimizu de l'Université métropolitaine de Tokyo a travaillé avec une technique connue sous le nom de diffusion magnétron à impulsion de haute puissance (HiPIMS), une technique de pulvérisation. La pulvérisation cathodique consiste à appliquer une haute tension aux bornes d'une cible métallique et d'un substrat, créer un plasma d'atomes de gaz chargés qui bombarde la cible métallique et forme une vapeur de métal chargé; ces ions métalliques volent vers le substrat où ils forment un film. Dans le cas de HiPIMS, la tension est pulsée en bref, éclats puissants. Après chaque impulsion, on sait qu'il existe une certaine séparation entre l'arrivée des ions métalliques et gazeux au niveau du substrat; une impulsion de polarisation du substrat synchronisée peut aider à accélérer sélectivement les ions métalliques, créer des films plus denses. Pourtant, malgré de nombreux efforts, la question du stress résiduel demeurait.

Maintenant, en utilisant du gaz argon et une cible en tungstène, l'équipe a examiné comment les ions d'énergies différentes arrivaient au substrat au fil du temps avec des détails sans précédent. Au lieu d'utiliser une impulsion de polarisation déclenchée en même temps que l'impulsion HiPIMS, ils ont utilisé leur connaissance du moment où différents ions sont arrivés et ont introduit un petit retard, 60 microsecondes, sélectionner précisément pour l'arrivée d'ions métalliques de haute énergie. Ils ont découvert que cela minimisait la quantité de gaz se retrouvant dans le film et délivrait efficacement des niveaux élevés d'énergie cinétique. Le résultat était un film cristallin dense avec de gros grains et une faible contrainte de film. En renforçant le biais, les films sont devenus de plus en plus sans stress. La fourniture efficace d'énergie au film signifiait qu'ils avaient, En réalité, ont obtenu un effet similaire au recuit pendant qu'ils déposaient le film. En remplaçant l'argon par du krypton, l'équipe a réalisé des films avec une contrainte aussi faible que 0,03 GPa, comparable à ce qui peut être fait avec le post-recuit.

Une voie efficace vers des films sans contrainte aura un impact significatif sur les processus de métallisation et la fabrication de circuits de nouvelle génération. La technologie peut être appliquée à d'autres métaux et promet de gros gains pour l'industrie électronique.