Objectifs
Mesure de comportements et constitution de bases de données expérimentales,
Etude des mécanismes de réponse à certaines sollicitations, aux échelles pertinentes,
Identification de propriétés intrinsèques, de paramètres de modèles de comportement.
Descriptif
Les propriétés couplées des films minces sont fondamentales pour des applications MEMS (ou de micro-actionneurs) et capteurs car elles permettent d’accéder à une grandeur physique par l’intermédiaire d’une autre grandeur. On peut citer à titre d’exemple les matériaux piézoélectriques qui se déforment sous l’action d’un champ électrique et, inversement, qui se polarisent sous l’action d’une contrainte. D’un autre côté, une explication concrète des propriétés des matériaux et des surfaces nécessite une bonne connaissance des mécanismes et phénomènes physiques mis en jeu à différentes échelles. En conséquence, la caractérisation sous des sollicitations physiques différentes mais simultanées (ou multi-physique) du comportement de films minces, d’interfaces et de surfaces à différentes échelles est une activité importante du groupe. Les investigations concernent principalement les propriétés de conduction électrique, les changements de phases à l’état solide sous diverses sollicitations, la tribologie, les forces de surface ou encore l’adhésion. Les échelles de caractérisation vont du nanomètre à quelques millimètres pour le comportement global d’un film mince.
La caractérisation met en œuvre des moyens conventionnels. A défaut, elle peut nécessiter le développement d’outils expérimentaux de caractérisations multi-physiques (ex ou in situ) mis au point en collaboration avec d’autres groupes de FEMTO. Les motivations principales de ce thème sont de permettre :
- d’établir une relation entre propriétés et procédés d’élaboration,
- une meilleure compréhension des mécanismes élémentaires intervenant aux différentes échelles conduisant au comportement macroscopique observé.
Les propriétés multiphysiques étudiées actuellement sont :
- le comportement magnéto-mécanique de films minces d’alliage à mémoire de forme (AMF) ferromagnétique du type Ni-Mn-Ga,
- les contraintes mécaniques qui sont souvent intenses dans les films minces sur substrat,
- les propriétés de conduction électrique dans les films GLAD à base de chrome,
- l’influence de différents paramètres physiques et physico-chimiques intervenant sur le frottement macroscopique via la formation et l’agglomération des nanoparticules d’usure,
- les caractéristiques structurales, optiques et électroniques d’oxynitrures métalliques à compositions variables.
Mots clés
Caractérisations multi-physiques multi-échelles, alliages à mémoire de forme (AMF), tribofilms, ferrromagnétisme.
Techniques de caractérisation
les classiques au sein du groupe : µDSC, tribométrie multi-échelle (nano - macro), électro-aimant, spectroscopie en réflexion et en transmission (180-3000 nm),
en collaboration : MEB, AFM, SThM, DRX, nano-indenteur, micro et nano-scratch, …
les spécifiques multiphysiques développés du groupe :
- - mesure de résistivité électrique, de mobilités et de concentrations en porteurs en fonction de la température de 90 à 600 K,
- - mesure de déformation en fonction du champ magnétique jusqu’à 1 T par l’intermédiaire de la mesure de déflexion ponctuelle de micro-poutre.
Collaborations
Les universités de Dijon, Lisbonne, Minho, Mulhouse, Namur, EPFL, Réseau national des grandes centrales (RTB), …