ACTIVITES DE RECHERCHE

Mécanique des couches ultra-minces

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La technique d’acoustique picoseconde colorée est très utile pour mesurer les propriétés élastiques de couches minces. Elle permet d’accéder au module d’Young, au coefficient de Poisson et à la masse volumique de couches minces.

Nous avons plus particulièrement travaillé sur deux applications industrielles réclamant des mesures mécaniques aux petites échelles : le résonateur BAW et le transistor MOS à canal contraint.

Dans l’un et l’autre cas il s’agit d’applications micro-électroniques qui exploitent les propriétés élastiques pour réaliser un nouveau composant : une brique de base pour un filtre radio-fréquence pour le premier, un transistor plus rapide pour le second.

Le résonateur BAW est un quartz sub-micronique basé sur la résonance en épaisseur d’une couche mince piézo-électrique (généralement en AlN). La réalité est un peu plus compliquée car pour qu’elle puisse résoner cette couche doit être isolée du point de vue élastique du substrat. Un réflecteur acoustique est donc intercalé pour permettre la libre vibration de la couche active.

Au final un résonateur BAW est un empilement complexe de couches minces, composé de matériaux aussi différents que des diélectriques, des métaux et des semi-conducteurs. De surcroit, les propriétés élastiques et les épaisseurs de couches doivent être parfaitement maitrisées pour que la fonction de filtrage soit centrée dans la bande de l’application, typiquement la téléphonie mobile.

Nous avons montré combien l’acoustique picoseconde colorée pouvait être utile à la conception et la production de tels dispositifs. Nous avons proposé une méthode originale pour répondre au contrôle métrologique extrêmement exigeant de l’épaisseur et de la vitesse acoustique de la couche active.

Vibrations de nanostructures

nanoac2Nous étudions les propriétés vibrationnelles de nanostructures réalisées par voie technologiques. Plus particulièrement nous nous intéressons aux propriétés élastiques de réseaux de nanostructures. Les objets que nous étudions sont des réseaux 2D de plots métalliques.

Grâce à la lithographie électronique, nous pouvons écrire des réseau extrêmement régulier de plots de taille nanométrique (50 nm).

En utilisant la technique d’acoustique picoseconde nous avons montré qu’il est possible d’exciter des résonances des cubes, résonances individuelles mais excitées collectivement car la tâche laser est grande devant la taille des plots.

Dans certaines conditions, le laser excite également des modes dépendant à la fois de la taille des objets mais aussi de leur organisation : il s’agit de modes acoustiques collectifs n’existant que par l’organisation des plots en un cristal « phononique ».