Investigation des propriétés élastiques et thermiques de films nanostructurés

Investigation of acoustic and thermal properties of nanostructured films.

• Auteur / Autrice : Asma Chargui
• Direction : Sébastien Euphrasie, Pascal Vairac
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'Ingénieur
• Date : Soutenance le 10/07/2020
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) - Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) / FEMTO-ST
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Martin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Euphrasie, Pascal Vairac, Nicolas Martin, Philippe Djemia, Emmanuel Le Clézio, Séverine Gomès
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Djemia, Emmanuel Le Clézio

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couches minces

Mots clés libres

Instrumentation

Films minces

Ondes acoustiques de surface

Saw

Thermique

Instrumentation

Thin films

Surface acoustic waves

Saw

Thermal

Résumé

Ces travaux de thèse visent à étudier les propriétés élastiques et thermiques des films minces microstructurés par la technique GLAD (GLancing Angle Deposition). Cette technique propose des structurations et des architectures originales favorisant la porosité et les comportements anisotropes. L'accent est mis sur les corrélations entre la forme structurale des films minces en colonnes et leurs propriétés anisotropes. Les mesures de la propagation des ondes acoustiques de surface sont effectuées avec une plateforme pompe sonde hétérodyne femtoseconde. L'influence des différents paramètres et procédés de dépôt à la fois sur l'évolution de la structure des films minces et sur la propagation des ondes élastiques, ont été étudiés. Les paramètres expérimentaux jouent un rôle fondamental sur la forme des colonnes et leur angle de croissance. Un facteur clé jouant sur l’anisotropie des ondes élastiques de surface est la section plus ou moins elliptique des colonnes. Les simulations numériques confirme que la forme de cette section et la porosité jouent un rôle primordial sur la dispersion et la propagation anisotrope des ondes élastiques.Des caractérisations thermiques ont également été effectuées sur les films microstructurés GLAD par la méthode 3 omega et par la technique de thermoréflectance avec le banc de mesure pompe sonde femtoseconde. Des conductivités thermiques considérablement réduites ont été mesurées à température ambiante pour les films GLAD en W. Une anisotropie thermique, plus importantepour les films les plus épais, a été trouvée. Cette caractérisation anisotrope en termes de conductivité thermique a été reliée à la microstructuration anisotrope des films, crée lors de dépôt GLAD.

This Phd work aims to study the elastic and thermal properties of microstructured thin films deposited by the GLAD technique (GLancing Angle Deposition). This technique leads to original structures and architectures promoting porosity and anisotropic behaviors. Emphasis is put on the correlations between the structural shape of columnar thin films and their anisotropic properties. The measurements of the acoustic waves propagation are performed with a femtosecond heterodyne pump probe setup. The influence of the different parameters and deposition methods both on the evolution of thin films structures and on the propagation of surface acoustic waves were studied. The experimental parameters play a key-role on the shape of the columns and their angle of inclination.The ellipticity of the column cross-sections is a key factor on the anisotropy of the surface acoustic waves. Numerical simulations confirm that the shape of this section and the porosity play a primary role in the dispersion and the anisotropic propagation of elastic waves.Thermal characterizations were also carried out on GLAD microstructured films by the 3 omega method and by the thermoreflectance technique with the femtosecond pump probe setup. Considerably reduced thermal conductivities were measured at room temperature for GLAD W films. A thermal anisotropy, more important for thicker films, was found. This anisotropic characterization in terms of thermal conductivity was linked to the anisotropic microstructuring of the films, created during GLAD deposition.