Analyse des proprietes mecaniques des couches minces par la methode de la microrayure

The aim of the present work is to study the mechanical properties of thin films by means of the microscratch method. This technique is applied here to determine the adhesion of plasma-deposited layers, or at plasma-treated interfaces, for different film-substrate combinations. This involves the following materials: silicon dioxide (SiO$\sb2$), silicon nitride (SiN), plasma-polymerised hexamethyldisiloxane (PP-HMDSO), hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) and hydrogenated amorphous carbon (a-C:H) deposited onto glass, silicon and polyimide substrates, and copper and gold films evaporated onto a fluoropolymer surface. The interaction of the diamond stylus which scratches the film-substrate system is evaluated in terms of a critical load, L$\sb{\rm c},$ at which systematic defects start to appear at the film-substrate interface.

In the first part of this work we study the dependance of L$\sb{\rm c}$ values on the intrinsic (indenter tip radius, loading rate) and extrinsic (substrate nature, coating thickness) parameters.

In the second part of the work the measured L$\sb{\rm c}$ and f values for the plasma-deposited films are correlated with other film properties, namely their microstructure, the interface chemistry, and the fabrication conditions.

We have also determined a direct correlation between the L$\sb{\rm c}$ values and the peel-test results for the metal-Teflon PFA system.

In the last part, we present our preliminary results on the quantitative evaluation of the work of adhesion, W. (Abstract shortened by UMI.)

Alternate abstract:

Le but de ce travail est d'étudier les propriétés mécaniques de couches minces par la méthode des microscratchs. Cette technique est appliquée ici pour déterminer l'adhérence des couches déposées au plasma, ou aux interfaces traitées au plasma, pour différentes combinaisons film-substrat. Il s'agit des matériaux suivants : dioxyde de silicium (SiO$\sb2$), nitrure de silicium (SiN), hexaméthyldisiloxane polymérisé par plasma (PP-HMDSO), silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H) et carbone amorphe hydrogéné (a-C:H ) déposés sur des substrats de verre, de silicium et de polyimide, et des films de cuivre et d'or évaporés sur une surface de fluoropolymère. L'interaction du stylet en diamant qui raye le système film-substrat est évaluée en termes de charge critique, L$\sb{\rm c},$ à laquelle des défauts systématiques commencent à apparaître à l'interface film-substrat.

Dans la première partie de ce travail, nous étudions la dépendance des valeurs de L$\sb{\rm c}$ aux paramètres intrinsèques (rayon de la pointe du pénétrateur, taux de chargement) et extrinsèques (nature du substrat, épaisseur du revêtement).

Dans la deuxième partie du travail, les valeurs L$\sb{\rm c}$ et f mesurées pour les films déposés au plasma sont corrélées avec d'autres propriétés du film, à savoir leur microstructure, la chimie de l'interface et les conditions de fabrication.

Nous avons également déterminé une corrélation directe entre les valeurs de L$\sb{\rm c}$ et les résultats des tests de pelage pour le système métal-téflon PFA.

Dans la dernière partie, nous présentons nos résultats préliminaires sur l'évaluation quantitative du travail d'adhésion, W. (Résumé abrégé par l'UMI.)