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CARACTERISATION DES PROPRIETES STRUCTURALES ET
MECANIQUES DE FILMS a-SiC:H ELABORES PAR PACVD
BASSE FREQUENCE
A.Soum-Glaude 1 , L.Thomas 1 , M. Joinet 2
1
CNRS – PROMES, Perpignan, France
2
EADS CCR, Suresnes, France
Du fait de leur dureté élevée et de leur faible coefficient de frottement vis-à-vis
d’antagonistes métalliques, les diamondlike carbons (DLC) ont été largement
développés dans la dernière décennie, pour des applications telles que l’aéronautique,
le domaine spatial et la mécanique de précision. Cependant, ces matériaux voient leur
potentiel d’application limité, car leur microstructure se dégrade rapidement en
augmentant la température d’utilisation. Récemment, l’effet du dopage (jusqu’à 30%
atomique) par des éléments tels que le silicium, a été étudié, car ces derniers
permettraient la stabilisation des DLC, même au-delà de 400°C.
L’étude présentée ici concerne la description de dépôts de carbure de silicium
amorphe hydrogéné (a-SiC:H) élaborés à partir de la décomposition du
tétraméthylsilane (TMS) dilué dans l’argon en plasma basse fréquence à couplage
capacitif (ν= 50 KHz, DC bias = -50 à -300 Volts). Ces dépôts sont réalisés à des
températures inférieures à 580°C. L’évolution de leur microstructure, obtenue par
FTIR, EDS et XPS, est décrite en fonction des paramètres du procédé. Ces paramètres
sont choisis afin d’analyser l’effet de i) la réactivité de surface des espèces issues du
plasma (température d’élaboration), ii) la nature de ces espèces, au travers de
variations du temps de séjour du gaz dans le réacteur, iii) l’énergie des ions d’impact
gérée par la polarisation du substrat (DC bias).
D’une façon générale, l’augmentation de la température d’élaboration conduit à une
structuration du matériau (augmentation du rapport Si/C, augmentation du taux de
liaisons Si-C aux dépens des groupements Si-H, C-H et Si-(CH 2 ) n -Si détectés par
FTIR et XPS. Une augmentation du temps de séjour des espèces gazeuses dans la
décharge conduit quant à elle à une réduction globale de la quantité d’hydrogène lié et
de silicium (Si/C varie de 1.6 à 0.6), tandis que la bande d’absorption infrarouge
attribuée aux liaisons Si-C décroît au profit des environnements Si-(CH 2 ) n -Si.
L’énergie des ions impactant la surface en croissance permet pour sa part de contrôler
le taux de carbone sp 3 (lié C-C et C-H) par rapport à sa forme sp 2 et aux liaisons C-Si.
Ce bombardement ionique contrôle aussi l’état de contrainte.
Les dureté (H) et module d’élasticité (E) de ces films, déterminés par nanoindentation,
varient dans les domaines 15 à 31 GPa, et 130 à 225 GPa, respectivement. Ceci
permet d’obtenir, en fonction des paramètres expérimentaux - particulièrement
l’énergie des ions – des rapports H 3 /E 2 élevés, et présage donc de l’intérêt de tels
films pour des applications mécaniques sous forte charge. Enfin, le comportement
tribologique de certains films est décrit, et corrélé à leur microstructure. Des
coefficients de frottement inférieurs à 0.16 peuvent être obtenus sous air, vis-à-vis
d’un antagoniste acier.
Mots clés : Diamond-Like Carbon, a-SiC:H, PACVD basse fréquence, propriétés mécaniques
Correspondant :
Audrey Soum-Glaude
04 68 68 22 53
soumglau@univ-perp.fr