Les revêtements optiques en couches minces sont fortement présents dans les semi-conducteurs, les applications optiques AR (anti-reflet) ou HR (hautement réfléchissant), optronique ou photoniques.
Généralement, la composition des films (majeurs et impuretés) ainsi que leur structure et épaisseur doivent être définies avec précision pour obtenir les bonnes propriétés optiques ou autres.
Par l’association des moyens analytiques de Science et surface* et du laboratoire de SERMA Technologies de Grenoble**, une caractérisation exhaustive des surfaces et interfaces de matériaux multicouches composés de couches minces est possible.
*XPS, ToF-SIMS, GD-OES, MEB-FEG, Microscopie FTIR, Profilométrie, …
** FIB, MEB, TEM
Applications : optique, optronique, photonique, microélectronique, photovoltaïque, mécanique…
Grace à une combinaison d’outils analytiques performants, il est possible de déterminer et d’étudier :
- Le nombre et la nature des couches,
- Les épaisseurs des couches,
- Les phénomènes de migration ou de diffusion inter-couches,
- La contamination en surface et aux interfaces.
L’épaisseur des couches minces peut varier de l’angstrom (Å /10-10m), jusqu’au micron (µm /10-6m), voire le millimètre (mm/10-3m).
La sensibilité des mesures varie selon les techniques, du % atomique jusqu’à la ppb (partie par billion/10-9).
Les couches minces peuvent être analysées de deux manières différentes :
A partir de la surface jusqu’au substrat :
Les informations obtenues en surface sont la rugosité, la morphologie, la composition de surface et les contaminants. Par abrasion ionique, il est possible d’accéder à des informations supplémentaires, telles que l’épaisseur, la composition, la distribution en profondeur des éléments et les niveaux de dopants et de contaminants.
Sur une coupe transverse (MEB ou ToF-SIMS) ou sur une lame mince transverse (TEM) :
Les analyses en coupe peuvent révéler l’épaisseur des couches, la taille des grains, la composition et la cristallinité des couches.
Exemples de profil élémentaire de répartition en profondeur par ToF-SIMS et imagerie 3D
- Application tribologique :
Structure du multicouche, qualité des interfaces, homogénéité spatiale
Exemple d’observation TEM d’un muticouche optique sur lame mince + analyse structurale par diffraction électronique :
- Etude des contamination et diffusion :
Application optique : Mise en évidence d’une diffusion aux interfaces et/ou dans les couches des éléments à l’état de traces (sodium (Na) et potassium (K)) et de la diffusion de l’oxyde 2 dans l’oxyde 1.
Exemple de profil élémentaire de répartition en profondeur par GD-OES :
- Application photovoltaïque :
► Détermination du nombre, de la nature des couches et de leur épaisseur
► Diffusion de l’élément « X » aux interfaces
► Détections d’éléments à l’état de traces (10 à 100 ppm)
