Propriétés mécaniques de membranes d’épaisseur nanométriques : construction et mise au point d’un essai de gonflement

par Audrey Hemel

Thèse de doctorat en Science et ingénierie des matériaux et métallurgie

Sous la direction de Alain Jacques.

Le président du jury était Olivier Thomas.

Le jury était composé de Alain Jacques, Olivier Thomas, Ludovic Thilly, Patrick Delobelle, Marc Legros, Anne Ponchet.

Les rapporteurs étaient Ludovic Thilly, Patrick Delobelle.


  • Résumé

    Un nouvel essai mécanique a été développé pour répondre à la demande d'analyse des propriétés mécaniques des revêtements et films d'épaisseur nanométrique par essai de gonflement. La méthode utilisée est l'application d'une différence de pression sur une membrane non supportée, usinée en utilisant les techniques standards de gravure microélectronique. Le banc d'essai permettra d'effectuer des essais à haute température (au dessus de 900°C). La principale difficulté rencontrée a été la mise au point d'une méthode de mesure de la déflection de la membrane qui perturbe celle ci aussi peu que possible. Deux techniques ont été utilisées : capteur ponctuel et capteur interférométrique 2D avec référence sphérique. La première technique, plus simple, s'est révélée difficilement praticable, en particulier dans le cas de flambage de la membrane. La mise en place de la deuxième a nécessité une description fine du comportement du système optique (distorsion des images, calcul des interférogrammes) aboutissant à une méthode de mesure simple, susceptible d'être intégrée en ligne au système de contrôle de l'interféromètre, et complétée par un traitement complet des données après essai.Afin de valider l'essai, deux types de revêtements ont été caractérisés. Tout d'abord des films fragiles de nitrure de silicium et de silicium pour mettre en évidence la fiabilité et la reproductibilité des essais. Puis des films minces d'or pour observer l'influence de la microstructure sur le début de la déformation plastique

  • Titre traduit

    Mechanical properties of freestanding thin films : building of a new bulge test technique


  • Résumé

    A new mechanical testing device of free standing membranes by Bulge Test has been built at Institute Jean Lamour in order to investigate the mechanical properties of thin films of nanometric thickness. The Bulge Test measures the deflection of a free standing membrane to which a differential atmospheric pressure has been applied. (The specimens are prepared from film on substrate deposits by cutting a window within the substrate by standard microelectronic techniques.) We aim of achieve tests from room temperature to ~ 900°C. The main technical difficulty met during this work was to develop a non perturbating method of measurement of the film bulge. Two different techniques were tested: point measurement and 2D interferometry using a spherical reference. The first technique, however simple, was difficult to practice, especially in the case of buckling membranes. The second method required a detailed analysis of the whole optical system (image distorsion, calculation of interferograms) leading to a simple measurement method, suitable for integration in the acquisition and command chain of the device, followed by an off line full treatment.The operating method was used on two different sets of specimens: fragile silicon nitride and silicon membranes in order to test the reproducibility of the device. Polycrystalline gold thin films were then used to study the early stage of plastic strain


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