Description
Date depot: 1 janvier 1900
Titre: Spectroscopie micro-onde pour la caractérisation des couches minces isolantes
Directeur de thèse:
Emmanuel GÉRON (LPEM (EDITE))
Domaine scientifique: Sciences et technologies de l'information et de la communication
Thématique CNRS : Non defini
Resumé:
Les propriétés électriques d'un matériau conditionnent complètement le dimensionnement du dispositif électronique dans lequel il est utilisé. Pour un isolant, les propriétés électriques les plus souvent utilisées sont la permittivité et la conductivité. Ces propriétés sont presque toujours mesurées par spectroscopie. Un condensateur est formé avec le matériau testé et on mesure l'impédance électrique en amplitude et en phase de ce condensateur en fonction de la fréquence. Il est alors possible de repérer la dynamique des différents dipôles présents dans le matériau, responsables notamment des pertes diélectriques. À haute fréquence, il existe cependant d'autres types de pertes que les pertes purement diélectriques. En effet, lorsqu'on applique un champ électrique variable à un isolant, un couplage électromécanique se produit par effet électrostatique et électrostrictif. Les ondes ultrasonores ainsi générées emportent une partie de l'énergie ce qui équivaut, du point de vue de la mesure, à une perte. Sachant que le couplage électromécanique dépend directement de la densité d'énergie électrique dans le matériau testé, il est possible d'estimer la distribution du champ électrique à l'intérieur de ce matériau par spectroscopie. Cette information est capitale pour l'étude du vieillissement des matériaux isolants. L'accès à cette information à haute fréquence et de manière non-destructive permet l'étude de couches minces, comme par exemple celles utilisées en micro-électronique de puissance.
Le Laboratoire de Physique et d'Étude des Matériaux, Unité Mixte de Recherche ayant pour tutelles l'Université Pierre et Marie Curie, l'École Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles et le CNRS, est spécialiste dans l'étude et le développement de dispositifs micro-ondes et dans la caractérisation des matériaux isolants. Il a très récemment démontré la faisabilité de cette nouvelle méthode de mesure par spectroscopie micro-onde avec un potentiel de résolution spatiale inférieur à 100 nm, soit une amélioration de plus d'un facteur 10 par rapport à toutes les méthodes de mesure concurrentes.
Effectuer une telle mesure nécessite cependant le développement d'un dispositif micro-onde très performant. En effet, sachant que l'énergie réfléchie par le condensateur formé par le matériau testé est très importante, un dispositif d'adaptation micro-onde réglable en fréquence est nécessaire, afin de maximiser le rapport signal sur bruit. Il est ensuite nécessaire de dissocier les deux phénomènes de pertes, d'une part celui purement diélectrique et d'autre part celui par couplage électromécanique. Enfin, la mesure spectrale doit être reconstruite pour obtenir finalement la distribution de la densité d'énergie électrique.
L'objet de cette thèse est d'étudier et de mettre en place un banc de mesure complet basé sur la méthode de mesure spectroscopique micro-onde proposée. Cela nécessite de la part des candidats, de bonnes connaissances préalables en micro-ondes, en électronique hyperfréquence et en traitement du signal. Une bonne maitrise des techniques de mesures hyperfréquences avec un analyseur de réseau ou un analyseur de spectre est également souhaitable.
Doctorant.e: Hamidouche Louiza