Développement d'une technique de mesure in situ de contraintes dans les couches minces : application à la mesure des contraintes intrinsèque et thermique

par Gilles Moulard

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux

Sous la direction de Michel Courbon.

Soutenue en 1997

à Saint-Etienne .


  • Résumé

    Le développement d'une technique de mesure in situ des contraintes dans les couches minces a fait l'objet de ce travail ; la finalité étant d'obtenir de plus amples informations sur les caractéristiques mécaniques et thermiques du film, et le développement des contraintes internes lors de sa formation. La technique permet de différencier expérimentalement les contraintes thermique et intrinsèque, cette dernière étant représentative de l'évolution des contraintes dans les films. Une méthode optique a été choisie pour son adaptation à tous les procédés de dépôt sous vide. La technique, basée sur le principe de la poutre encastrée appelée encore cantilever, utilise la réflexion d'un faisceau laser sur le substrat pour suivre la variation de courbure de l'échantillon lorsque les contraintes se développent. La grande souplesse d'utilisation et la résolution adaptable suivant l'amplitude de la contrainte mesurée, sont obtenues à l'aide d'une détection vidéo et du traitement d'images. Le taux d'échantillonnage de 0,4 seconde permet d'effectuer une mesure toutes les 3 monocouches déposées. Cette technique a été validée dans le cas de films de chrome élaborés par pulvérisation cathodique magnétron. Le suivi en continu de la contrainte en fonction de l'épaisseur du film a mis en évidence que certains dépôts peuvent développer une phase en compression aux faibles épaisseurs même si ceux-ci possèdent une contrainte finale en tension. L'influence de la température de dépôt, de la puissance cathodique et de la pression d'argon sur l'évolution des contraintes a été étudiée. En définissant la contrainte instantanée comme la contrainte présente dans chaque monocouche qui se dépose, 3 types d'évolution de cette contrainte en fonction de l'épaisseur ont été associés à 3 microstructures de film particulières : aciculaire, colonnaire et dense. La technique permet également, en mesurant la contrainte thermique sur un certain domaine de température, de déterminer le coefficient de dilatation thermique du film ainsi que son module d'Young ; ce dernier dépend de la microstructure de la couche

  • Titre traduit

    Development of an in situ stress measurement techniques in thin films : application to intrinsic and thermal stresses measurement


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Informations

  • Détails : 1 vol. (131 p.)
  • Annexes : 103 références bibliogr.

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