Démouillage

Le processus de démouillage est déterminé par l’équilibre des tensions interfaciales. La grandeur clé décrivant la stabilité du film est le coefficient d’étalement :

${\displaystyle S=\gamma _{SG}-\gamma _{SL}-\gamma _{LG}}$

où :

• ${\displaystyle \gamma _{SG}}$ – tension superficielle entre la phase solide et le gaz,
• ${\displaystyle \gamma _{SL}}$ – tension entre la phase solide et le liquide,
• ${\displaystyle \gamma _{LG}}$ – tension superficielle liquide-gaz.

Si ${\displaystyle S<0}$, le film est instable et peut subir le démouillage^[1].

Le démouillage peut se produire selon différents mécanismes :

• nucléation hétérogène des trous : des zones locales de substrat découvert apparaissent dans le film et se développent ensuite ;
• démouillage spinodal : fluctuation spontanée de l’épaisseur du film conduisant à sa rupture ;
• agrégation du matériau : en gouttes ou en îlots.

Ce processus se produit également dans les films fins solides en dessous de la température de fusion (démouillage à l’état solide). Dans ces cas, le film continu se fragmente en îlots afin de minimiser l’énergie de surface^[2], entraîné par la diffusion de surface et les tensions aux bords du film.

Ces mécanismes sont importants en microélectronique et dans la technologie des films minces^[3], à la fois pour contrôler l’intégrité des couches et pour former des nanostructures de dimensions et de distribution maîtrisées.

Différentes méthodes sont actuellement connues pour contrôler ce processus, permettant d’influencer la morphologie des structures formées et la cinétique du retrait du film :

• influence des contraintes dans les couches : les études montrent que les contraintes initiales dans le film influencent significativement le démouillage – un niveau de contrainte plus élevé réduit la taille des agrégats formés, augmente leur densité et peut allonger la forme des îlots selon certaines directions cristallographiques^[4] ;
• couche de carbone comme modificateur de surface : l’ajout d’une fine couche de carbone (≤1 nm) sur le film de silicium avant le recuit peut modifier le processus de démouillage, influençant la taille finale et la densité des agrégats nanocristallins^[5] ;
• implantation d’argon : l’implantation initiale d’ions argon dans le film avant le démouillage permet de contrôler la taille et la densité des structures nanocristallines formées. Une dose plus élevée produit des îlots plus petits et plus denses^[6] ;
• contrôle de la composition des films ultrafins SiGe : dans les films SiGe, le démouillage peut être utilisé pour former des îlots nanocristallins avec un rapport Si/Ge contrôlé, permettant d’obtenir les propriétés électroniques et optiques souhaitées^[7].