Soutenance de thèse : Joan YOUNES

Development of an optical setup for measuring heat diffusivity in bi-dimensional systems

Doctorant : Joan YOUNES

Laboratoire INSA : Mateis

Ecole doctorale :  ED34 : Matériaux de Lyon

Les outils de caractérisation thermique sont essentiels pour une bonne gestion thermique des semi- conducteurs. Cette thèse décrit une technique photo-thermique de déviation de faisceau (sans contact), basée sur l'effet mirage, utilisant un laser moyen IR comme faisceau de pompe, et un laser visible comme faisceau de sonde rasant la surface de l'échantillon.
Le faisceau laser modulé crée un gradient de température au voisinage de la surface de l'échantillon, provoquant ainsi une déviation du faisceau de sonde, synchronisée avec la modulation du faisceau de pompe. Un détecteur de position mesure la déviation du faisceau de sonde grâce à une amplification synchrone à verrouillage.
Pour une fréquence de modulation donnée, la distance pompe-sonde est variée et les déflexions (transversale et longitudinale) du faisceau de sonde, sont enregistrées en fonction de cette distance.
Les mesures sont répétées pour différentes fréquences. Un logiciel spécialisé permet d'obtenir la diffusivité thermique de l'échantillon.
L'utilisation du laser infrarouge permet de mesurer la plupart des types d'échantillons, sans qu'il soit nécessaire de prendre des mesures spéciales ou de déposer une couche métallique sur la surface de l'échantillon, en contraste avec d'autres techniques de caractérisation thermique sans contact.
La technique a été validée sur différents échantillons présentant des diffusivités thermiques connues. Une autre caractéristique unique est la capacité à réaliser une imagerie et un profil de la sous-surface. On a pu imager avec succès des défauts de sous-surface.
Deux autres applications ont également été étudiées :
-    Mesure de diffusivités thermiques dans le plan et en travers du plan pour un ensemble d'échantillons (in-plane and cross-plane thermal diffusivity).
-    Mesure de la diffusivité thermique pour des couches ultra-minces (jusqu'à 3 nm d'épaisseur), permettant également d’identifier une autre caractéristique pour cette technique : la génération d'ondes de surface qui augmentent considérablement la diffusivité thermique du matériau.