Investigations OF ELASTIC PROPERTIES OF Al2O3 Layers on SiC substrate via acoustic microscopie

Investigations des propriétés élastiques des couches de Al2O3 deposées sur UN substrat en SiC par microscopie acoustique

I. Touati, Z. Hadjoub, A. Doghmane*

Laboratoire des Semi-Conducteurs, Département de Physique, Faculté des Sciences,

Université Badji-Mokhtar – Annaba, B.P 12, Annaba, DZ-23000, Algeria.

* Corresponding author. E-mail: lsc_contact@yahoo.fr

Received: 10 April 2004; revised version accepted: 22 February 2005

 

Abstract

Scanning acoustic microscopy is a non destructive analytical tool for mechanical properties investigations of bulk materials as well as thin films. Quantitative results are obtained in terms of acoustic signatures, V(z) representing variations between incident and reflected signals. In this work, we are interested in layer/substrate structures characterized by rapid velocities of propagating surface acoustic waves, SAW. We investigated, quantitatively, the system Al2O3 deposited on SiC substrate whose longitudinal velocities are 11150 m/s and 12099 m/s, respectively. Thus, Scheppard and Wilson formula, we calculate V(z) curves under normal operating conditions (water couplant, qlens = 50° and f = 156 MHz) from which SAW velocities are determined. This procedure is repeated for different normalized layer thiknesses, d/lT varying from 0 to 2. The plots of velocities in terms of d/lT showed strong initial dispersion followed by a saturation region. The relation of the initial decrease is found to be of the form: Dv = - 2270 d/lT. The analysis of this dependence gives valuable information on the elastic properties, in particular, elastic moduli of the layer/substrate system.

Keywords: Acoustic microscopy; Elastic properties; Thin films; Al2O3; SiC.

Résumé

La microscopie acoustique à balayage est un moyen de caractérisation non destructive des propriétés mécaniques des matériaux massifs et des couches minces. Les résultats quantitatifs sont obtenus sous forme de signatures acoustiques, V(z), représentant les variations du signal réfléchi par l’échantillon et récupéré par le transducteur. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés aux structures couches minces/substrats caractérisées par des vitesses de propagations des ondes acoustiques de surfaces, SAW, rapides. Nous étudions, quantitativement, le système Al2O3 déposé sur un substrat en SiC ayant des vitesses longitudinales respectivement égales à 11150 m/s et 12099 m/s. Ainsi, par utilisation de la relation de Shepppard et Wilson, nous calculons les courbes V(z) de ce système sous les conditions normales (eau, qlens = 50°, f = 156 MHz) à partir desquelles nous déterminons les vitesses des SAW. Cette procédure est répétée pour différentes épaisseurs normalisées, d/lT, variant de 0 à 2. La représentation des vitesses en fonction de d/lT montre une importante dispersion initiale suivie d’une région de saturation. La décroissance initiale est décrite par une expression de la forme : Dv = - 2270 d/lT. L’analyse de cette relation donne de informations intéressantes sur les propriétés élastiques, en particulier les modules, du système couches minces/substrats.

Mots clés ? Microscopie acoustique; Paramètres élastiques; Couches minces; Al2O3; SiC.

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