Vieillissement de systèmes multicouchesdestinés aux miroirs de satellites pour l'observation de la terre : Stabilité et endommagement des couches minces d'argent

Ageing of multilayered systems meant for satellite mirrors for earth observation : stability and deterioration of thin silver films

• Auteur / Autrice : Arnaud Lalo
• Direction : Michel Ignat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couches minces

Mots clés libres

Vieillissement

Platine de vieillissement accelere

Flexion quatre-points

Miroirs argent

Résumé

L'amélioration de la fiabilité de dispositifs intégrés à des systèmes orbitaux est intimement liée à la stabilité thermomécanique des matériaux constitutifs. Ainsi pour allonger la durée de vie d'un miroir de satellite, doit-on, sinon éviter, du moins retarder les effets du vieillissement, tels que le démouillage ou l'interdiffusion au sein d'empilements multicouches. Ce type d'endommàgement dépend non seulement de l'atmosphère environnante mais également, et principalement, de la température et de la contrainte résiduelle ou applique��e. Aussi avons-nous conçu une platine de flexion capable aussi bien d'induire des contraintes compressives ou en tension dans des systèmes caractéristiques d'empilements de couches minces sur substrat destinés à des applications pour les satellites. Le dispositif de flexion était adapté à un four de recuit avec atmosphère contrôlée. Des expériences de vieillissement ont été réalisées sous contraintes appliquées dans des gammes de +80 MPa (tension) à -760 MPa (compression) et de la température ambiante à 150°C (423K). Des expériences supplémentaires de mesures de déflexion sous atmosphère et température contrôlées ont été mises en oeuvre. Parallèlement, des caractérisations chimiques et mécaniques ont été réalisées, qui incluaient des tests de nanoindentation couplés à un trai¬tement des données spécifiques aux couches minces. Le projet a permis d'identifier l'évolution morphologique affectant les couches réfléchissantes des miroirs, couches d'argent de 100nm, et d'en discuter la cinétique, lorsque ces derniers sont soumis à des conditions de vieillissement accéléré.

Improving the reliability of devices which are integrated in space vehicles is strongly related to the thermo mechanical stability of the consisting materials. For example, to extend the life period of a satellite mirror, ageing effects as dewetting or interdiffusion in stacks of thin layers must be avoided or delayed. Because the mentioned ageing effects depend not only on the sur-rounding atmosphere but principally on temperature and residual or externally applied stresses, we designed a bending rig to induce compressive or tensile stresses in characteristic stacks of thin layers on substrate systems intended for satellite applications. The bending device was adapted to an atmosphere-controlled furnace. Ageing experiments were conducted under applied stresses ranging form +80 MPa (tensile) to -760 MPa (compressive) and from ambient temperature to 150°C (423K). Additional experiments of deflexion measurements under controlled atmosphere and temperature were designed and conducted. Concurrently, chemical and mechanical char ac¬terizations were performed, including nanoindentation with thin film-specific data processing. The project enabled to discuss the kinetics of the morphological evolution, which occurs in the 100nm reflective Ag layers of the mirror stacks, when submitted to accelerated ageing conditions. Key words: thin films, ageing, reliability, silver-based mirrors, stress, accelerated life test, nanoindentation, four-point bending, diffusion.