Résumé
Les aciers avec une faible teneur en Cr présentent de bonnes propriétés mécaniques, mais ils sont sujets à la corrosion en milieu humide. Déposer des couches minces de ZrO2 sur leur surface est une solution prometteuse pour les protéger contre la corrosion. Le ZrO2 est en effet chimiquement stable, non toxique, résistant à l’usure et présente un fort coefficient d’expansion thermique, en accord avec celui de nombreux métaux. Le dépôt chimique en phase vapeur à partir de composés organométalliques (MOCVD) permet des dépôts conformes sur des substrats complexes, avec un bon contrôle de l’épaisseur et de la composition des couches. Du fait de l’asymétrie de sa molécule, le bis(isopropoxide)bis(tertbutylacetoacetate) zirconium (IV) [Zr(OiPr)2(tbaoac)2] présente une volatilité et une réactivité élevées [ ]. Il permet de réaliser des dépôts dès 300°C, sans subir de décomposition dans les lignes d’amenée au réacteur, une fois vaporisé. Ce précurseur solide est soluble dans des solvants organiques, il peut donc être vaporisé avec un système DLI (Direct Liquid Injection), qui permet d’envoyer un débit élevé et stable de vapeurs du précurseur.Ce précurseur a été mis au point, synthétisé [1], puis testé pour la première fois en DLI-MOCVD [ ] en Allemagne. Ensuite, une série de d’expériences de dépôt a été effectuée sur des substrats de Si et des coupons d’acier dans le cadre d’une collaboration entre l’université de Bochum et 2 laboratoires toulousains (LGC et CIRIMAT) [ ]. Les expériences ont été réalisées dans un réacteur à murs chauds dont la température a été variée de 400 à 700°C. Des mesures EIS (spectroscopie d’impédance électrochimique) ont montré que le revêtement amorphe déposé à 400°C présente de meilleures propriétés anticorrosion que les films déposés à plus haute température (500-700 C)De tels dépôts de ZrO2 ont ensuite été produits sur substrats Si dans un plus grand réacteur DLI-MOCVD (diamètre de 46 mm), entre 350 et 500°C. Les conditions de dépôt ont été affinées afin d’améliorer l’homogénéité des couches et d’augmenter la vitesse de dépôt (≈2 nm/min à 370°C). Leur épaisseur a été mesurée par plusieurs techniques (pesée, ellipsométrie). La diffraction des rayons X a permis de déterminer que les couches déposées à une température inférieure à 400°C sont amorphes. Par MEB et AFM, les dépôts apparaissent lisses. Les couches déposées à plus forte température sont cristallisées (mélange de phases cubique et monoclinique) et sont plus rugueuses (rugosité RMS environ 10 nm pour des dépôts à 480°C). Des analyses chimiques indiquent que les dépôts ont une concentration atomique en carbone proche de 12-15 %. Un dernier changement d’échelle a été réalisé avec succès dans un réacteur de 9 cm de diamètre, permettant de traiter des pièces de grande taille.