Diapositive 1

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Caractérisation des propriétés mécaniques
intrinsèques de couches minces de carbone
amorphe évolution in situ en température des
contraintes et effets de limplantation dazote
sur la dureté et le module
S. Charvet, LPMC Université de Picardie,
Amiens M. Lejeune, IES, Joint Research Centre TP
263,Via Fermi 21020 Ispra, Italie P. Goudeau, D.
Faurie et Eric Le Bourhis, LMP UMR 6630 CNRS /
Univ. Poitiers P. Gergaud, TECSEN, Université de
Aix-Marseille
Réunion Thématique du Gdr Couches minces de
carbone amorphe et nanostructuré, 18-19 Mars
2004, St Etienne et Lyon.
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Echange déchantillons et comparaison des
résultats
Palaiseau, le 15 10 02 Cher(e)s collègues, Suite
à nos discussions lors de la réunion plénière du
GDR à Poitiers, nous avons convenu de faire
circuler un nombre limité de couches minces de
carbone préparées par deux techniques de dépôt
complémentaires et recuites à quelques
températures standard. Pour préciser les
possibilités de chaque équipe par rapport à un
cahier des charges qui est maintenant plus
précis, nous vous demandons de remplir le
questionnaire suivant, de le retourner à Brigitte
Bouchet ( bouchet_at_drecam.cea.fr ) et Christian
Godet (godet_at_poly.polytechnique.fr ) et de nous
indiquer le nom de la personne qui va suivre ce
programme déchanges dans votre groupe.
In situ annealing steps  250 400 550 700
1000 C
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Initiative de Stéphane Charvet du LPMC dAmiens
(2 juillet 2002)

• Dépôt de couches minces de carbone amorphe sur
  wafer de silicium (100)
• Pulvérisation cathodique sous plasma dArgon
  aC riche en Sp2
• (1Pa, 150W dureté optimisée)
• Films de 100 nm sur substrats de 200 microns
  pour les contraintes in situ en
• température (méthode de la flèche) 2 séries
  (C121/122) de 3 échantillons chacune.
• Films de 320 nm sur substrats de 500 microns
  pour limplantation dazote 15 et la
• nanoindentation (C 120)

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Evolution des contraintes en température
Les contraintes dans ces couches sont en
compression Série 1 (C122, substrats 3, 2 et 6)
-0.4 à -0.65 GPa et série 2 (C121, substrats 11,
9 et 4) -1.3 à -1.4 GPa. Origine (intrinsèque)
de ces contraintes liée à lénergie des
particules déposés (controverses) (Articles de Y.
Pauleau et al. DRM 1997, S. Zhang et al. AM 2003)
Ces contraintes peuvent influencer les
propriétés optiques (seuil dabsorption optique,
S. Kumar et al. DRM 2003), les propriétés
mécaniques comme la dureté, le comportement
tribologique, la stabilité mécanique (cloquage
sous compression). Ce dernier phénomène limite
lutilisation de ces couches les recuits ou
limplantation peuvent permettre de réduire dans
certains cas les contraintes.
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Caractérisation ex situ des contraintes moyennes
dans la couche aucune hypothèse sur lélasticité
de celle-ci
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La formule de Stoney
10 N/m is 100 MPa in 100 nm or 1 GPa in 10 nm
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Méthode de la lame vibrante
Éprouvettes trop fragiles et contraintes
initiales élevées ? Col. Tecsen
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Réflexion dun faisceau laser
Mesure de courbure par réflexion dun faisceau
laser

• Rapide (0.5 à 1s / mesure)
• Précis (0.1 N/m)
• Mesure optique donc adaptable a de nombreux
  environnements expérimentaux (CVD, implantation,
  four, etc.) Pas nécessairement UHV
• Couplage DRX

P. Flinn, D. Gardner, IEEE Trans. Elec. Dev.
ED-34 (1987) 689.
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• - Vide secondaire  10-6 Torr
• Chauffage par contact. Mesure de la température
  par thermocouple placé à larrière
• du substrat (étalonnage sur Si). Température
  maximale 800 C.
• - Vitesse de montée  9 C/minute. Régulation du
  four.

Hydrogène ?
Espèces CO, ?
a-CH (PECVD) B. Racine, M. Benlahsen et al.
JNCS 2000 et 2001
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L.G. Jacobsohn et al. DRM 2000 (ex situ) faible
relaxation de la contrainte résiduelle au dela de
500C due à une augmentation de la taille des
domaines sp2 V. Kulikovsky et al. DRM 2003 (ex
situ) films épais de 1,5 microns et différentes
duretés. Il y a une relaxation de 40 de la
contrainte pour le film le plus dur jusquà
820C. Apparition de cloques après dépôts dues à
une perte dadhésion et la présence de
contraintes de compression de lordre de 0,7 GPa.
Contamination de linterface Si/carbone par
lhydrogène (et loxygène) ?
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(No Transcript)