Proposition de stage de Master 2 en acoustique ultrasonore

Proposition de stage de Master 2 en acoustique ultrasonore
Imagerie et caractérisation ultrasonore par microscopie acoustique – méthode V(z)
Contexte scientifique et méthode proposée
La société STMicroelectronics conçoit, fabrique et commercialise des composants
électroniques à base de semi-conducteurs. Le site de Tours est spécialisé notamment dans les
composants de conversion/gestion de l’énergie et de protection. Un des enjeux majeurs de la
fabrication de ces composants est d’assurer une bonne qualité d’adhérence à l’interface entre les
différents matériaux (métal, PVDC, lithium, etc.) qui sont déposés en couches de quelques dizaines à
quelques centaines de micromètres notamment sur des plaquettes de silicium. L’approche proposée
pour détecter et caractériser les défauts d’adhérence potentiels consiste à utiliser la méthode dite
V(z). Celle-ci consiste à utiliser une sonde ultrasonore très focalisée et à placer initialement sa focale
à la surface de l’échantillon, pour ensuite déplacer cette focale suivant la normale entre la surface de
l’échantillon et la sonde, c’est à dire vers l’intérieur de l’échantillon. Pour chaque distance (ou
profondeur) de défocalisation (z), on obtient une réponse acoustique convertie en tension électrique
(V). De ces courbes V(z) expérimentales sont ensuite extraites des vitesses d'ondes guidées générées
en surface ou (sub-surface). Ces vitesses permettent alors de caractériser et quantifier les problèmes
d'adhérence aux interfaces via la comparaison de ces vitesses par rapport à celles extraites des
courbes V(z) théoriques, obtenues pour les mêmes structures dans lesquelles les défauts
d’adhérence aux interfaces sont pris en compte. La combinaison de cette technique avec de
l’imagerie doit ainsi permettre d’identifier différents types de défauts dans les structures
multicouches, de les localiser et de les caractériser. Il est également intéressant de pouvoir suivre
l’évolution des propriétés d’une couche particulière.
Travail du (de la) candidat(e)
1) Partie expérimentale
Le(la) candidat(e) devra se familiariser avec l’utilisation du microscope acoustique afin d’être
capable de réaliser 2 types d’acquisition. Tout d’abord, il(elle) devra réaliser des images
ultrasonores (de type C-scan) d’échantillons plans et à gravure micrométriques, fournis
notamment par la société STMicroelectronics. D’autre part, il(elle) sera amené(e) à effectuer
la mesure, l’acquisition et le traitement des courbes V(z) obtenues sur un ensemble de
structures de type plaques ou multicouches. De par les épaisseurs qui seront considérées,
l’étude se fera avec des sondes ultrasonores de plusieurs dizaines à quelques centaines de
mégahertz. Ces courbes V(z) expérimentales seront ensuite utilisées et comparées à des
simulations numériques comme indiqué au paragraphe suivant.
2) Partie numérique
Le(la) candidat(e) devra prendre en main les algorithmes développés au sein du laboratoire
et permettant la simulation numérique des courbes V(z) sur différents types de structures
isotropes ou anisotropes, telles que plaque, substrat ou multicouche sur substrat. Cela lui
permettra de comparer ces simulations aux réponses V(z) expérimentales et d’envisager une
première approche de caractérisation des matériaux par optimisation afin d’en déduire leurs
constantes d’élasticité.
Lieu de réalisation des travaux et moyens
Le travail sera réalisé au sein du pôle « Acoustique et Piézoélectricité » du laboratoire
GREMAN, situé dans les locaux de l’INSA Centre Val-de-Loire, à Blois. Le/la candidat(e) disposera
d’une part, de l’acquisition récente d’un microscope acoustique, et d’autre part, de tous les
algorithmes qui ont déjà été mis en place pour la simulation et le post-traitement des courbes V(z).
En outre, il(elle) bénéficiera des connaissances et de l’expérience des membres du pôle concernant
les phénomènes de propagation, de génération, de détection et d'analyse des signaux ultrasonores,
en particulier pour la méthode V(z) [1-3].
Débouché du stage
Si le(la) candidat(e) est retenu(e) à l’issue de ce stage, il(elle) aura l’opportunité de
poursuivre ce travail dans le cadre d’une thèse de doctorat avec un financement assuré sur 3 ans.
Cette thèse s’effectuera dans le cadre d’un projet européen piloté par deux grands groupes
industriels (STMicroelectronics pour la France et Infineon pour l’Allemagne). Ce projet mettra
également en lien des PME et des centres de recherche dans ces deux pays.
Connaissances et compétences requises : propagation d’ondes ultrasonores dans les matériaux,
logiciel Matlab, anglais, et, si possible, science des matériaux.
Références
[1] M. Lematre, "Contribution de la microscopie acoustique à la caractérisation des matériaux:
application à la détermination des constantes élastiques", Université de Valenciennes, 2000.
[2] M. Lematre, Y. Benmehrez, G. Bourse, J. W. XU, M. Ourak,, “Acoustic microscopy measurement of
elastic constants by using an optimized method on measured and calculated SAW velocities”, NDT&E,
pp. 279-286, Vol. 35 (5), 2002.
[3] M. Lematre, Y. Benmehrez, G. Bourse, J. W. XU, M. Ourak, “Determination of elastic parameters
in isotropic plates by using acoustic microscopy measurements and an optimization method”, NDT &
E, pp. 493-502, Vol. 35 (8), 2002.
Contact: Michaël Lematre, [email protected], tel: 06.88.78.44.78