Developpement d'une technique de mesure in situ de contraintes dans les couches minces : application a la mesure des contraintes intrinseque et thermique

par GILLES MOULARD

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Michel Courbon.

Soutenue en 1997

à SAINT ETIENNE .

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  • Résumé

    Le developpement d'une technique de mesure in situ des contraintes dans les couches minces a fait l'objet de ce travail ; la finalite etant d'obtenir de plus amples informations sur les caracteristiques mecaniques et thermiques du film, et le developpement des contraintes internes lors de sa formation. La technique permet de differencier experimentalement les contraintes thermique et intrinseque, cette derniere etant representative de l'evolution des contraintes dans les films. Une methode optique a ete choisie pour son adaptation a tous les procedes de depot sous vide. La technique, basee sur le principe de la poutre encastree appelee encore cantilever, utilise la reflexion d'un faisceau laser sur le substrat pour suivre la variation de courbure de l'echantillon lorsque les contraintes se developpent. La grande souplesse d'utilisation et la resolution adaptable suivant l'amplitude de la contrainte mesuree, sont obtenues a l'aide d'une detection video et du traitement d'images. Le taux d'echantillonnage de 0,4 seconde permet d'effectuer une mesure toutes les 3 monocouches deposees. Cette technique a ete validee dans le cas de films de chrome elabores par pulverisation cathodique magnetron. Le suivi en continu de la contrainte en fonction de l'epaisseur du film a mis en evidence que certains depots peuvent developper une phase en compression aux faibles epaisseurs meme si ceux-ci possedent une contrainte finale en tension. L'influence de la temperature de depot, de la puissance cathodique et de la pression d'argon sur l'evolution des contraintes a ete etudiee. En definissant la contrainte instantanee comme la contrainte presente dans chaque monocouche qui se depose, 3 types d'evolution de cette contrainte en fonction de l'epaisseur ont ete associes a 3 microstructures de film particulieres : aciculaire, colonnaire et dense. La technique permet egalement, en mesurant la contrainte thermique sur un certain domaine de temperature, de determiner le coefficient de dilatation thermique du film ainsi que son module d'young ; ce dernier depend de la microstructure de la couche.


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  • Détails : 136 P.
  • Annexes : 103 REF.

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