Etude de l’empilement de couches minces de cuivre sur alumine : applications à la réalisation de composants passifs haute température

par Nicole Doumit

Thèse de doctorat en Microélectronique

Sous la direction de Jean-Jacques Rousseau.

Soutenue le 26-05-2015

à Saint Etienne , dans le cadre de École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne) , en partenariat avec Laboratoire Hubert Curien (Saint-Etienne) (laboratoire) .

Le président du jury était Pascal Xavier.

Le jury était composé de Jean-Jacques Rousseau, Stéphane Capraro, Martine Le Berre.


  • Résumé

    Ce travail de thèse consiste à étudier l’empilement de couche mince de cuivre sur un substrat d’alumine afin de réaliser des composants passifs fonctionnant à haute température. Une étude des couches minces de cuivre a été tout d’abord menée par simulation à l’aide du logiciel COMSOL Multiphysics et expérimentalement à l’aide de bancs de caractérisation spécifiques. Cette étude a permis de mettre en évidence une augmentation des contraintes équivalentes de Von Mises stress avec la température et avec l'épaisseur de cuivre. Les simulations montrent également une relaxation des contraintes résiduelles après un recuit d’une heure de la couche de cuivre. Les résultats expérimentaux montrent une augmentation de l’adhérence avec la température et l’absence de tout indice de fissures. D’autre part, des études électriques sur des composants intégrés ont été effectuées: soit après recuit des composants soit en cyclage thermique (25-200°C). Ces mesures ont permis de mettre en évidence une stabilité de la valeur de l’inductance quel que soit le type de traitement thermique effectué. La résistance augmente avec la température et retrouve sa valeur initiale après un cyclage thermique. Ce qui n’est pas le cas après un recuit ; la résistance augmente mais ne retrouve plus sa valeur initiale après refroidissement. Ainsi, ce travail a permis de conclure que les composants testés restent fonctionnels à haute température sans aucune détérioration

  • Titre traduit

    Study of thin copper layer / alumina stack : applications to realize passive components operating on high temperature.


  • Résumé

    This thesis is a study of copper thin film on an alumina substrate in order to realize passive components operating at high temperature. A study of copper thin films was made by simulation using COMSOL Multiphysics software and experimentally using specific characterization benches. This study highlighted an increase of Von Mises equivalent stresses with temperature and with copper thickness. Simulations also show a relaxation of residual stresses after one hour of annealing. Experimental results show an increase of adhesion in function of temperature and an absence of cracks. On the other hand, electrical studies for integrated components were performed either after annealing or in thermal cycling (25-200°C). These measures highlighted inductance stability regardless of heat treatment type. The resistance increases with temperature and returns, after thermal cycling, to its initial value. This is not the case after annealing; the resistance increases but cannot return to its initial value after cooling. Thus, this work has concluded that tested components remain functional at high temperature without any deterioration


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