La sorption d'hydrogène par des films getter à base d'yttrium a été étudiée pour leur emploi lors de procédés d'encapsulation collective sous vide au niveau du wafer de MEMS. Des films minces ont été co-évaporés sous ultra-haut vide sur des substrats de silicium. Les getters ont été activés par un traitement thermique d'une heure sous gaz neutre d'argon contenant des traces d'espèces oxydantes, à des températures allant de 200 °C  à 400 °C. Trois techniques complémentaires d'analyse par faisceaux d'ions ont été employées pour caractériser les échantillons : Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS), Nuclear Reaction Analysis (NRA) et Elastic Recoil Detection Analysis (ERDA), afin de quantifier leur taux d’oxygène, d'hydrogène et de métal et leur distribution en profondeur. Les résultats montrent qu'une oxydation se produit lors du recuit et qu'elle empêche ou non la sorption d'hydrogène, selon la composition du film. A cause de sa très haute diffusivité, l'hydrogène tend à s'accumuler à l’interface film/substrat et à diffuser dans le substrat. Les différentes compositions de films getter sont comparées en terme d'absorption de l'oxygène et de l'hydrogène.

 

Certains types de MEMS nécessitent d'être sous vide pour fonctionner de manière optimale. Ce vide est réalisé en partie grâce au dépôt d'un film getter dans le boîtier d'encapsulation du MEMS. Il s'agit d'un film métallique absorbant des gaz lorsqu'il est chauffé, typiquement H2, N2, O2... Le projet ANR "Get-Yt" (19-CE08-0011) rassemble les laboratoires C2N, CEMHTI et IM2NP pour étudier de nouveaux films getter à base d'yttrium. L'étude présentée dans cet article montre que certains films getter à base d'yttrium peuvent absorber de l'hydrogène en même temps que de l'oxygène, dans des conditions spécifiques liées à la composition du getter et la température de recuit.

 

Hydrogen sorption in yttrium-based getter thin films
Vacuum
Volume 207, January 2023, 111655
doi.org/10.1016/j.vacuum.2022.111655

Charlotte Kutyla^1,2, Clément Bessouet¹, Sylvain Lemettre^1,3, Laetitia Leroy¹, Alain Bosseboeuf¹, Philippe Coste¹, Thierry Sauvage², Olivier Wendling², Aurélien Bellamy², Piyush Jagtap⁴, Stéphanie Escoubas⁴, Christophe Guichet⁴, Olivier Thomas⁴, Johan Moulin¹

¹C2N, Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, Université Paris-Saclay, CNRS, UMR 9001, 91120, Palaiseau, France
²CEMHTI, Conditions Extrémes et Matériaux: Haute Température et Irradiation, Universitéd’Orleans, UPR 3079 CNRS, 45071, Orléans Cedex 2, France
³LYNRED, 364 Avenue de Valence, Actipole CS 10021, 38113, Veurey-Voroize, France
⁴Aix Marseille Université, Université de Toulon, CNRS, IM2NP, 13013, Marseille, France

Figure : Profils de concentration d'oxygène et d'hydrogène dans un film mince de Y-Zr-Al avant et après recuit à 300 °C et 400 °C.