Vers une quantification de l'énergie d'adhésion par Acoustique Picoseconde Colorée

To a quantification of adhesion energies by Colored Picosecond Acoustic

• Auteur / Autrice : Alejandro Vital-Juarez
• Direction : Arnaud Devos
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance le 15/12/2022
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’ingénierie et des systèmes (Lille ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie
• Jury : Président / Présidente : Kamal Lmimouni
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Agnès19..-.... Huynh, Jean-Michel Desmarres
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Djemia, Joël Alexis

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanoindentation

Lasers femtoseconde

Mesure

Impédance acoustique

Contrôle par émission acoustique

Propriétés acoustiques

Couches minces métalliques

Acoustique picoseconde

Mots clés libres

Énergie d’adhésion -- Mesure

Coefficient de réflexion acoustique

Thin film

Adhesion

Picosecond Acoustics

Interface

Reflection coefficient

Femtosecond laser

Résumé

Le contrôle de l'adhésion aux interfaces de couches minces est d'une importance capitale dans les domaines industriels et scientifiques. De nombreuses techniques, comme le test au scotch ou la nano-indentation, sont reconnues et grandement utilisées pour le contrôle de la qualité de l'adhésion de ces dernières. Ces techniques ont néanmoins l'inconvénient d'être destructives et peu reproductibles, car l'échantillon est détruit à la suite de ce contrôle. Pour remédier à cela, d'autres techniques de contrôle de qualité voient le jour, faisant appel par exemple à l'acoustique picoseconde, une méthode sans contact et non destructive de génération et détection d'ondes acoustiques à très hautes fréquences (GHz). Ces ondes acoustiques générées sont très sensibles aux variations de l'adhésion grâce aux réflexions qui ont lieu à l'interface. Ces variations sont mesurables grâce au coefficient de réflexion, qui permettra une recherche de quantification de l'adhésion par mesure acoustique.L'objectif de cette thèse est de corréler la valeur du coefficient de réflexion acoustique avec l'énergie d'adhésion extraite à l'aide de différentes méthodes destructives. Pour y parvenir, plusieurs séries d'échantillons sont créées avec une variation graduelle de l'adhésion, grâce à des techniques comme l'implantation ionique ou l'affaiblissement par contraintes extérieures.Le côté non destructif des mesures acoustiques permet à un même échantillon d'être étudié deux fois. Nous commençons toujours par une extraction du coefficient de réflexion. Ensuite, l'échantillon est étudié par l'une des trois méthodes destructives suivantes : le test au scotch, le décollement par centrifugation et la nano-indentation. Chacune donne des valeurs liées à l'adhésion et qui peuvent être associées au coefficient de réflexion, mais c'est la nano-indentation qui nous a permis d'avoir une première corrélation avec l'énergie d'adhésion.

The study of the bonding at interfaces between thin layers is of great importance in the industrial and scientific fields. A large number of methods, such as the tape test or nano-indentation, have been developed for the quality control of the adhesion of thin layers. Unfortunately, these techniques have the disadvantage of being destructive and not very reproducible, as the sample is destroyed following this control. To remedy this, other quality control techniques are emerging, for example using picosecond acoustics, a non-contact and non-destructive method of generating and detecting acoustic waves at very high frequencies (GHz). These generated acoustic waves are very sensitive to adhesion variations thanks to the reflections that take place at the interface. These variations are measurable thanks to the reflection coefficient, which will allow quantification of adhesion by acoustic measurement.The objective of this thesis is to correlate the value of the acoustic reflection coefficient with the adhesion energy extracted using different destructive methods. To achieve this goal, several series of samples are created with a gradual variation in adhesion, through techniques such as ion implantation or weakening due to external stresses. The non-destructive side of acoustic measurements allows the same sample to be studied twice. We always start with an extraction of the reflection coefficient.Then, the sample is studied by one of the three destructives methods, either by tape test, centrifugal peeling or nano-indentation. Each gives values related to adhesion, and which can be associated with the reflection coefficient, but it is the nano-indentation that has allowed us to have a first correlation with the adhesion energy.