Multiscale characterization of thin films elasticity by Impulse Excitation Technique and X-ray diffraction
Caractérisation multiéchelle de l’élasticité de films minces — méthode vibratoire et diffraction des rayons X
Résumé
Thin films deposited by magnetron sputtering are generally polycristalline, textured and composed of different phases. Several works have shown that the elastic behavior of thin films depends on the deposition parameters. In this work a methodology to determine the macroscopic and mesoscopic elasticity constants of thin films was developed. It was used to determine the macroscopic elasticity constants of a two-phases (Wα+Wβ) tungsten coating and the mesoscopic (crystal scale) elasticity constants of the Wβ phase. The main motivation on studying the metastable Wβ tungsten phase is the absence of information on its elastic behavior in the literature. The macroscopic elasticity constants were measured using the Impulse Excitation Technique (IET). A metrological study of this method was performed and a new formulation to determine the shear modulus was proposed. The mesoscopic elasticity constants of the Wβ phase were determined through an inverse method coupling IET, X-ray diffraction and the Kröner-Eshelby micromechanical model. The proportions and the textures of the phases were taken into account in the process, along with the presence of porosity.
Les dépôts élaborés par pulvérisation cathodique magnétron sont généralement polycristallins, texturés et composés de différentes phases. De plus, plusieurs études ont montré que le comportement élastique des couches minces dépend des paramètres du procédé. L’objectif de cette thèse est de développer une méthodologie qui permet de déterminer les constantes d’élasticité d’un dépôt à une échelle macroscopique et mésoscopique (cristal). La méthodologie développée dans ce travail a permis de déterminer les constantes d’élasticité macroscopiques d’une couche mince de tungstène biphasé (Wα+Wβ) et les constantes d’élasticité mésoscopiques de la phase Wβ . Le comportement élastique de cette phase n’est pas connu dans la bibliographie ce qui motive la présente étude. Les constantes d’élasticité macroscopiques ont été mesurées à l’aide de la Technique d’Excitation Impulsionnelle (TEI). Une étude métrologique de cette méthode a été effectuée puis une formulation améliorée pour déterminer le module de cisaillement a été proposée. Les constantes d’élasticité mésoscopiques de la phase métastable Wβ ont été déterminées par une méthode inverse couplant TEI, diffraction des rayons-X, et le modèle micromécanique de Kröner-Eshelby. La démarche a pris en compte les proportions des phases, leur texture et la présence de porosités.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
|---|