Revêtements de diamant
Le diamant est une des formes allotropiques du carbone. Le diamant synthétique est généralement fabriqué dans des conditions de haute pression et haute température proches des conditions de formation du diamant naturel. Néanmoins, il est possible d’obtenir du diamant de très grande qualité par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) à partir d’un mélange gazeux contenant un précurseur de carbone et de l’hydrogène.
Le paramètre clef de la croissance du diamant est d’obtenir une forte concentration d’hydrogène atomique proche de la surface du substrat à revêtir. Il contribue à la stabilisation des liaisons pendantes de type sp3. Sans cette stabilisation, ces liaisons ne sont pas maintenues et le plan cristallin du diamant est détruit au profit de celui du graphite. L'autre atout de l'hydrogène atomique est de graver sélectivement la phase graphitique, la vitesse de gravure du graphite étant vingt fois plus grande que celle du diamant.
Plusieurs techniques sont utilisées pour activer la phase gazeuse.
A cause de sa grande énergie de surface, la nucléation du diamant se fait à partir de la formation d’ilots ou d’agrégats (Mode Volmer-Weber), qui ensuite vont croître et coalescer. La nucléation est une étape critique dans le procédé de dépôt du diamant, à cause de sa forte influence sur la rugosité de surface et la formation de défauts à l’interface (pinholes). La surface du substrat doit donc être traitée avant la phase de dépôt afin d’obtenir une grande densité de germes. Plusieurs techniques ont été étudiées comme le bombardement ionique, le polissage par de la poudre de diamant, ou l’utilisation d’une solution contenant du diamant dans un bain ultrasons. NeoCoat a développé sa propre méthode d’ensemencement à partir de particules nanométriques de diamant, qui permet de garantir une densité de nucléi supérieure à 1011 cm-2 et sans endommager la surface du substrat.
A part lorsqu'elle croît sur un substrat monocristallin de diamant, la couche de diamant a une structure polycristalline. Comme la température de dépôt est de l’ordre de 800-900°C et qu’une grande densité de nucléation est plus facile à obtenir sur des matériaux formant des carbures stables, les films de diamant sont généralement déposés sur les substrats à base de silicium (Si, SiC, Si3N4) ou les métaux réfractaires et leurs alliages.
Pour changer la conductivité du film de diamant, un composé contenant du bore est ajouté au mélange gazeux pendant la phase de dépôt de diamant. En ajustant finement le débit du précurseur de bore, il est possible d’obtenir des films de diamant de différentes conductivités.