Caractérisation de structures du type couche sur substrat par ultrasons-lasers

Characterisation of layered structures by laser ultrasonics technique

• Auteur / Autrice : Michaël Lemaire
• Direction : Mohamed Ourak, Frédéric Jenot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Valenciennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Élasticité

Épaisseur -- Mesure

Rayleigh, Diffusion de

Lasers

Ultrasons

Couches minces

Résumé

L’utilisation croissante des structures du type couche sur substrat dans des domaines tels que l’électronique, la microélectronique ou l’optique rend indispensable le contrôle des différentes propriétés physiques de celles-ci. La caractérisation des propriétés élastiques et la détermination de l’épaisseur de la couche peuvent être réalisées de manière non destructive par ultrasons. Plus particulièrement, les sources laser permettent de générer et de détecter différentes ondes acoustiques dont l’onde de Rayleigh. La technique laser-ultrasons présente l’avantage de ne pas nécessiter de contact avec la structure à inspecter contrairement aux méthodes ultrasonores dites « classiques ». Dans des structures du type couche sur substrat, l’onde de Rayleigh est perturbée par la présence de la couche et devient dispersive. Différents modes de propagation appelés modes de Rayleigh peuvent alors être étudiés. Le but de ce travail a été de contribuer à la caractérisation de structures du type couche sur substrat. Un modèle de simulation par éléments finis a aussi été développé afin de prédire la propagation du premier mode de Rayleigh. Les résultats expérimentaux sont obtenus par deux méthodes laser complémentaires permettant des mesures sur une plage fréquentielle comprise entre 5 MHz et 200 MHz. La dispersion du premier mode de Rayleigh est analysée afin de déterminer les épaisseurs et les constantes élastiques des couches considérées

The increasing use of surface coatings in fields such as electronic, microelectronic or optic makes the evaluation of their physical properties necessary. For the characterisation of elastic parameters and the thickness determination, the non-destructive ultrasonic testing can be used. More particularly, laser can generate and detect acoustic waves among which Rayleigh waves. The laser-ultrasound technique has the advantage of not requiring contact with the sample to inspect contrary to the conventional piezoelectric methods. In the coated structures, the Rayleigh wave is denatured by the layer and becomes dispersive. Several modes of propagation called Rayleigh modes can be studies. The purpose of this work was to help characterize these structures. A finite element method has been developed too in order to predict the propagation of the first Rayleigh mode. Results obtained by two complementary methods allowing a non-contact measurement in a large bandwidth (frm 5 MHz to 200 MHz) are presented, and the dispersion of the Rayleigh wave propagation velocity is analyzed to determine the thickness and elastic parameters of the considerated layers