Contraintes, microstructure et sollicitation sous irradiation aux ions de films minces élaborés par pulvérisation ionique : modélisation et application à l'étude des effets interfaciaux dans des multicouches métalliques

par Aurélien Debelle

Thèse de doctorat en Milieux denses et matériaux

Sous la direction de Christiane Jaouen, Anny Michel et de Grégory Abadias.

Soutenue en 2005

à Poitiers , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (Poitiers ; 1992-2008) , en partenariat avec Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées (autre partenaire) .

mots clés

• Couches minces
• Rayons X -- Diffraction
• Bombardement ionique
• Élasticité linéaire

Résumé

Le mélange interfacial dans les multicouches Mo/Ni a été étudié. Pour cela, des multicouches épitaxiées Mo(110)/Ni(111) ont été élaborées par évaporation thermique et pulvérisation ionique. Au préalable, nous avons développé un modèle de contrainte qui permet de rendre compte des déformations volumiques observées dans les films élaborés par pulvérisation ionique et qui surtout donne accès au paramètre de maille non contraint et libre de défauts a0 uniquement lié aux effets chimiques. L'irradiation aux ions a été utilisée pour contrôler le niveau de contrainte, déterminé essentiellement par diffraction des rayons X. Il a alors été possible de déterminer la valeur de a0 dans les sous-couches de Mo des multicouches Mo/Ni. Une tendance à la ‘ségrégation' de Ni dans Mo est observée, indépendamment des conditions de dépôt, ce qui suggère que des forces thermodynamiques sont favorables au mécanisme d'échange, phénomène dont l'amplitude est clairement accentuée par les effets balistiques.

Titre traduit

Stress, microstructure and evolution under ion irradiation in thin films grown by ion beam sputtering : modelling and application to interfacial effects in metallic multilayers

Résumé

We investigated the interfacial mixing in Mo/Ni multilayers. For this purpose, Mo(110)/Ni(111) multilayers were grown by thermal evaporation and direct ion beam sputtering. As a preliminary, we developed a stress model that accounts for volume strains observed in sputtered thin films and above all allows to determine the unstressed and free of defects lattice parameter a0 solely linked to chemical effects. Ion irradiation was used to control the stress level, which was essentially determine by X-ray diffraction. Thus, the stress analysis enabled us to determine the a0 values in Mo sub-layers of Mo/Ni superlattices. A tendency to the formation of an interfacial alloy is observed independently of the growth conditions, which suggests that thermodynamic forces favour the exchange mechanism. However, the extent of the intermixing effect is clearly enhanced by ballistic effects.