Etude comparative de méthodes optique et mécanique pour caractériser les états de surface : diffusion de la lumière par les rugosités de surface et inhomogéités de volume dans les empilements de couches minces

par Laurent Bruel

Thèse de doctorat en Composants, signaux et systèmes. Composants électroniques et optiques

Sous la direction de Claude Amra.

Soutenue en 1992

à Aix-Marseille 3 , en partenariat avec Université Paul Cézanne. Faculté des sciences et techniques de Saint-Jérôme (Aix-Marseille) (autre partenaire) .

mots clés

• Rugosité
• Couches minces
• Lumière -- Diffusion

Résumé

Les performances optiques des traitements de surface dependent etroitement de la qualite des substrats utilises pour le depot multicouches. En consequence plusieurs methodes ont ete developpees pour caracteriser la rugosite des micropolis, mais les resultats obtenus peuvent varier sensiblement d'une technique de caracterisation a l'autre. La premiere partie de ce travail consiste a etudier dans le detail les fonctions d'appareil relatives a un profilometre mecanique et a un diffusometre optique. Cette etude est realisee a partir de calculs numeriques simulant l'action d'un talystep ou d'un diffusometre sur une surface rugueuse aleatoire. Nous pouvons ainsi definir les conditions de mesure permettant l'uniformiser les valeurs des parametres caracterisant un etat de surface. Nous nous interessons ensuite a l'etude de la rugosite dans les empilements de couches minces realises sur ces substrats polis. A l'aide d'une theorie electromagnetique de la diffusion de la lumiere par les surfaces rugueuses, on montre en utilisant les mesures spatiales et spectrales des flux diffuses, que la rugosite trouve essentiellement son origine dans la reproduction des defauts du substrat dans tout l'empilement. L'utilisation des mesures spectrales permet de montrer que lorsque la rugosite du substrat diminue, son influence reste encore preponderante. La diffusion peut egalement provenir de rugosites residuelles apportees par les materiaux au niveau des differentes interfaces, ou d'inhomogeneites de structure dans le volume des materiaux. Pour aller plus loin dans notre analyse, nous presentons un modele permettant de predire une diffusion d'origine volumique dans les empilements de couches minces. De nombreux resultats experimentaux et theoriques sont presentes

Titre traduit

Comparative study of optical and mechanical methods for the characterization of surface quality. Light scattering by surface roughness and inhomogeneous dielectric permitivity in multilayers thin films

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