PPNa – Dynamique de la croissance de films minces

Permanents :  Grégory Abadias (Pr CNU28), Cédric Mastail (MdC CNU28), Anny Michel (MdC CNU28)

Doctorants : Andreas Jamnig (2016->2020), Rubenson Mareus (2018->2021), Thibaut Choquet (2019-2022)

Post-doctorant : Firat Angay

  • Contexte et objectifs :

Cette action vise à obtenir une meilleure compréhension des premiers stades de croissance de films minces déposés par voie PVD dans des conditions énergétiques (ex. : pulvérisation magnétron). Le flux de particules incident possède alors une distribution énergétique et angulaire étendue par rapport au cas de l’évaporation thermique : au-delà de l’influence que cela peut avoir sur les mécanismes élémentaires de croissance (diffusion de surface, nucléation, percolation, coalescence, …), le bombardement énergétique (par transfert de moment) peut engendrer des modifications dans la sub-surface voire en volume (mélange chimique, incorporation de défauts, piégeage d’impuretés). Ainsi, une compréhension globale de la croissance nécessite non seulement une connaissance de la thermodynamique des systèmes étudiés, mais surtout une description des effets cinétiques, puisque la mobilité des éléments joue un rôle essentiel lors de ces processus hors-équilibre. Dans ce contexte, le groupe a entrepris de développer un couplage entre études expérimentales en mettant l’accent sur les diagnostics in situ à la croissance et simulations numériques multi-échelle en couplant des calculs ab initio et la méthode de kMC. Les diagnostics in situ et en temps réel ainsi mis au point au laboratoire permettent de suivre d’une part l’évolution de la contrainte durant la croissance (par mesure de courbure MOSS – Multi Beam Optical Stress Sensor), et d’autre part les propriétés optiques (par SDRS – Surface Differential Reflectance Spectroscopy) et les propriétés de transport (par mesure de résistivité électrique). Parallèlement, les calculs atomistiques employés permettent de décrire le paysage énergétique de la surface lors du dépôt, et ainsi d’identifier les chemins préférentiels de diffusion ainsi que les énergies d’activation associées, paramètres d’entrée nécessaires pour une simulation kMC de la croissance. La mise au point d’un nouveau code de calcul kMC, initiée dans le cadre du projet européen MC2, est actuellement en cours dans notre équipe. Le code permet de prendre en compte l’anisotropie de surface pour la diffusion, un pas important pour la détermination de texture et d’évolution de taille des grains. La prise en compte de différentes énergies et différents angles d’incidence des espèces déposées permet également de prédire l’évolution morphologique en fonction de l’épaisseur et des conditions de dépôt (température, pression de travail, flux incident, …).

Suivi in situdu produit contrainte×épaisseur (σ.h)durant le dépôt d’une multicouche Mo/Si et image MET correspondante

  • Collaborations : IFM Linköping (Suède), LSPM (Paris), CRP (Luxembourg), Thessaloniki University (Grèce), ISM (Ukraine)

  • Programmes de recherche : ANR Radcool, ANR Super-Rev, ANR Integral

  • Principales publications récentes :


A. Jamnig, D. G. Sangiovanni, G. Abadias, K. Sarakinos, Atomic scale diffusion rates during growth of thin metal films on weakly-interacting substrates,

Sci. Rep. 9 (2019) 6640. 10.1038/s41598-019-43107-8


C. Furgeaud, L. Simonot, A. Michel, C. Mastail, G. Abadias,  Impact of Ge alloying on the early growth stages, microstructure and stress evolution of sputter-deposited Cu-Ge thin films,

Acta Mater. 159 (2018) 286-295. 10.1016/j.actamat.2018.08.019


C. Mastail, M. David, F. Nita, A. Michel, G. Abadias, Ti, Al and N adatom adsorption and diffusion on rocksalt cubic AlN (001) and (011) surfaces: Ab initio calculations,

Appl. Surf. Sci. 423 (2017) 354-364. 10.1016/j.apsusc.2017.06.179


F. Cemin, D. Lundin, C. Furgeaud, A. Michel, G. Amiard, T. Minea, G. Abadias,  Epitaxial growth of Cu(001) thin films onto Si(001) using a single-step HiPIMS process,

Scientific Rep. 7 (2017) 1655. 10.1038/s41598-017-01755-8


J. J. Colin, G. Abadias, A. Michel, C. Jaouen, On the origin of the metastable beta -Ta phase stabilization in tantalum sputtered thin films,

Acta Materiala 126 (2017) 481-493. 10.1016/j.actamat.2016.12.030


B. Krause, G. Abadias, A. Michel, P. Wochner, S. Ibrahimkutty, T. Baumbach, uen, Direct observation of the thickness-induced crystallization and stress build-up during sputter-deposition of nanoscale silicide films,

ACS Appl. Mater. Interfaces 8 (2016) 34888-34895. 10.1021/acsami.6b12413


S. Kassavetis, D. V. Bellas, G. Abadias, E. Lidorikis, P. Patsalas, Plasmonic spectral tunability of conductive ternary nitrides,

Appl. Phys. Lett. 108 (2016) 263110. 10.1063/1.4955032


F. Nita, C. Mastail, G. Abadias, Three-dimensional kinetic Monte Carlo simulations of cubic transition metal nitride thin film growth,

Phys. Rev. B 93 (2015) 064107. 10.1103/PhysRevB.93.064107


J. J. Colin, Y. Diot, P. Guérin, B. Lamongie, F. Berneau, A. Michel, C. Jaouen, G. Abadias, A load-lock compatible system for in situ electrical resistivity measurements during thin film growth,

Rev. Sci. Instrum. 87 (2015) 023902. 10.1063/1.4940933


G. Abadias, L. Simonot, J. J. Colin, A. Michel, S. Camelio, D. Babonneau, Volmer-Weber growth stages of polycrystalline metal films probed by in situ and real-time optical diagnostics,

Appl. Phys. Lett. 107 (2015) 183105. 10.1063/1.4935034


I. A. Saladukhin, G. Abadias, A. Michel, V. V. Uglov, S. V. Zlotski, S. N. Dub,  G. N. Tolmachova, Structure and hardness of quaternary TiZrSiN thin films deposited by reactive magnetron co-sputtering,

Thin Solid Films 581 (2015) 25-31. 10.1016/j.tsf.2014.11.020


G. Abadias, A. Fillon, J. J. Colin, A. Michel, C. Jaouen, Real-time stress evolution during early growth stages of sputter-deposited metal films: Influence of adatom mobility,

Vacuum 100 (2014) 36-40. 10.1016/j.vacuum.2013.07.041


A. Fillon, C. Jaouen, A. Michel, G. Abadias, C. Tromas, L. Belliard, B. Perrin, P. Djemia, Lattice instability and elastic response of metastable Mo1-x-Six thin films,

Phys. Rev. B 88 (2013) 174104. 10.1103/PhysRevB.88.174104


P. Djemia, A. Fillon, G. Abadias, A. Michel, C. Jaouen, Elastic properties of metastable Mo1-x-Six alloy thin films: A Brillouin light scattering study,

Surf. Coat. Technol. 206 (2011) 1824-1829. 10.1016/j.surfcoat.2011.08.003


L. E. Koutsokeras, G. Abadias, P. Patsalas, Texture and microstructure evolution in single-phase TixTa1-xN alloys of rocksalt structure,

J. Appl. Phys. 110 (2011) 043535. 10.1063/1.3622585


A. Fillon, G. Abadias, A. Michel, C. Jaouen, Stress and microstructure evolution during growth by magnetron sputtering of low-mobility metal films: Influence of the nucleation conditions,

Thin Solid Films 519 (2010) 1655-1661. 10.1016/j.tsf.2010.07.091


A. Fillon, G. Abadias, A. Michel, C. Jaouen, P. Villechaise, Influence of phase transformation on stress evolution during growth of metal thin films on silicon,

Phys. Rev. Lett. 104 (2010) 096101. 10.1103/PhysRevLett.104.096101


G. Abadias, A. Debelle, A. Michel, C. Jaouen, F. Martin, J. Pacaud, Anisotropic strain-stress state and intermixing in epitaxial Mo(110)/Ni(111): a X-ray diffraction study,

J. Appl. Phys. 107 (2010) 023515. 10.1063/1.3284079


L. Belliard, A. Huynh, B. Perrin, A. Michel, G. Abadias, C. Jaouen, Elastic properties and phonon generation in Mo-Si superlattices,

Phys. Rev. B 80 (2009) 155424. 10.1103/PhysRevB.80.155424


Voir aussi dans «Physique et Propriétés des Nanostructures – PPNa»

David Babonneau PPNa – Films d’oxydes fonctionnels PPNa – Nanoparticules & nanostructures