Relaxation de couches minces précontraintes : Analyse mécanique et applications au substrat universel pour l'épitaxie

par Neïla Mokni

Thèse de doctorat en Génie mécaniqueGénie mécanique

Sous la direction de François Sidoroff.

Soutenue en 2004

à l'Ecully, Ecole centrale de Lyon en cotutelle avec l'Ecole nationale d'ingénieurs de Monastir , en partenariat avec Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône) (laboratoire) .

mots clés

• Prédéformation
• Relaxation élastique
• Glissement
• Courbure
• Viscoélasticité
• Couches minces
• Anisotropie

Résumé

Le développement de substrats permettant l'épitaxie en couches épaisses de matériaux optoélectronique désaccordées en maille fait l'objet d'investigation considérable dans le domaine de la rechreche tant appliquée que fondamentale. Ces matériaux ont une structure nonocristalline mais ont l'inconvénient de pouvoir combiner des matériaux présentant des paramètres de maille identiques ou très voisins. Ce travail fait le lien entre les études expérimentales des films minces de type semi-conducteur épitaxiés et les résultats issus de la modélisation. En effet, nous nous sommes intéressés à l'étude et l'analyse des phénomènes d'instabilité associés à l'apparition des ondulations d'un film élastique précontraint sur un substrat visqueux. Les résultats issus de cette modélisation montrent une forte dépendance de la vitesse de croissance des perturbations en fonction de l'anisotropie du film et donnent un ordre de grandeur correct pour les ondulations du film dans le cas d'InGaAs et SiGe.

Titre traduit

Relaxation of prestressed thin films : mechanical analysis and applications to universal substrate for epitaxy

Résumé

Various compliant substrates have been fabricated to grow heteroepitaxial films for optoelectronic applications. A compressively strained elastic film bonded to a viscous layer can form wrinkles. The present work provides a theoretical study for the winkling process. We model the mechanism of the lateral relaxation with a viscoelastic interface and we analyse this process. Subsequently, we model the elastic relaxation process for anisotropic and pre-stressed elastic film on an incompressible viscous layer and we study the linear stability analysis. The results show the influence of anisotropy on the critical wave number and on the orientions of the perturbations. The analysis is then extended for 3 dimentionnel configuration. The solution is determined for the anisotropic materials that modeled with nonlinear Von Karman plate theory. The viscous layer is modeled with theory of lubrification.