Propriétés mécaniques par indentation d’un film mince nanometrique de nitrure d’aluminium / Francine Roudet in MATERIAUX & TECHNIQUES, Vol. 103, N° 6 (2015)  

[article]  inMATERIAUX & TECHNIQUES > Vol. 103, N° 6 (2015) . - 9 p. Titre : Propriétés mécaniques par indentation d’un film mince nanometrique de nitrure d’aluminium Type de document : texte imprimé Auteurs : Francine Roudet, Auteur ; Didier Chicot, Auteur ; Xavier Decoopman, Auteur ; Alain Iost, Auteur ; Juan Bürgi, Auteur ; Javier Garcia Molleja, Auteur ; Jorge Feugeas, Auteur Année de publication : 2016 Article en page(s) : 9 p. Note générale : Bibliogr. Langues : Français (fre) Catégories : Analyse mathématique Couches minces -- Propriétés mécaniques Indentation des matériaux Nanoindentation Nitrure d'aluminium Le nitrure d'aluminium (symbole chimique : AlN) est un semi-conducteur III-V à large bande interdite (6,2 eV). C'est un matériau réfractaire et céramique qui offre la rare caractéristique d'associer à l'isolation électrique à une très grande conductivité thermique à température ambiante (allant de 25 à 319 W.m-1 .K-1 suivant sa microstructure et sa forme (monocristal), film mince, nanofil...). Il présente, de plus, une grande résistance à l'oxydation et à l'abrasion. Enfin, ce matériau présente des propriétés piézoélectriques intéressantes : un coefficient piézoélectrique d33 compris entre 3.48 et 5pm.V-19 et un coefficient de couplage électromécanique voisin de 7%. Le nitrure d'aluminium se rencontre sous deux structures cristallographiques : - l'une, hexagonale, est thermodynamiquement stable ; elle est de type wurtzite ; - la seconde, cubique est métastable ; elle est de type zinc-blende. Le nitrure d'aluminium trouve des applications potentielles en optoélectronique dans le domaine des ultraviolets, comme substrat pour des croissances épitaxiales et en électronique de puissance pour la fabrication de transistors hyperfréquence de puissance. Actuellement, de nombreuses recherches sont menées pour produire des diodes électroluminescentes (LEDs) à émission UV utilisant du nitrure d'aluminium-gallium. En 2006, des chercheurs du laboratoire "Nippon Telegraph and Telephone" (NTT) au Japon ont rapporté la fabrication de diodes à base de nitrure d'aluminium atteignant des longueurs d'onde de l'ordre de 210 nm. La recherche se poursuit encore autour de ce matériau pour diminuer la longueur d'onde d'émission des LEDs notamment par l'introduction d'AlN sous la forme de nanofils. Le nitrure d'aluminium est aussi utilisé pour ces propriétés piézoélectriques. En effet, du fait de son module d'Young particulièrement élevé, il présente de hautes vitesses d'ondes acoustiques de l'ordre de 10 400 m/s. Cette caractéristique en fait un matériau de choix pour les filtres à onde acoustique de surface de type SAW (pour Surface Acoustic Wave) et les dispositifs à ondes acoustiques de volume de type FBAR (pour Film Bulk Acoustic Wave Resonator). La synthèse peut se faire par nitruration directe de l'aluminium, ou par réduction de l'alumine en présence d'azote gazeux ou d'ammoniac. Index. décimale : 620.11 Matériaux (propriétés, résistance) Résumé : Les propriétés mécaniques des films minces sont généralement déterminées par nanoindentation pour éviter l’influence du substrat. En effet, nous savons que le substrat influence cette mesure dès lors que l’indenteur pénètre à plus de 10 % de l’épaisseur du film pour la dureté, ce chiffre pouvant être ramené à 1 % pour le module d’élasticité. Pour des films extrêmement minces pour lesquels la mesure directe des propriétés ne serait pas possible, l’application de modèles pour séparer la contribution du substrat de la mesure est alors nécessaire. Dans ce travail, la dureté et le module d’élasticité d’un film de nitrure d’aluminium de 250 nm d’épaisseur déposé par Magnetron Sputtering ont été déterminées par nanoindentation. Pour réduire l’influence de l’incertitude de l’épaisseur du film sur la détermination des propriétés mécaniques, nous proposons de masquer cette épaisseur dans les termes de lissage de plusieurs modèles et d’étudier leurs convergences. Concernant le module d’élasticité, nous avons observé que les valeurs suivaient une courbe typique en S entre deux asymptotes, une qui tend vers la valeur du module du film pour les très faibles profondeurs d’indentation et l’autre vers celle du substrat pour les plus fortes charges. Dans ces conditions, le modèle d’Antunes et al. utilisant le paramètre de Gao généralement utilisé dans de telles études, car ne faisant intervenir aucun coefficient de lissage, ne peut représenter correctement l’évolution des points expérimentaux. C’est pourquoi nous proposons d’utiliser une loi du type Avrami qui permet de bien prendre en compte ces deux tendances. Finalement, nous obtenons 10 GPa pour la dureté et 150 GPa pour le module d’élasticité en accord avec les données de la littérature. Note de contenu : - Matériau et techniques expérimentales - Dureté du film - Module d'élasticité du film Référence de l'article : 605 DOI : http://dx.doi.org/10.1051/mattech/2015054 En ligne : http://www.mattech-journal.org/articles/mattech/pdf/2015/06/mt150055.pdf Format de la ressource électronique : Pdf Permalink : https://e-campus.itech.fr/pmb/opac_css/index.php?lvl=notice_display&id=25254 [article]

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