CHAPITRE 2
TOPOGRAPHIE ET ÉPAISSEUR
DES COUCHES MINCES
2.1 OBJECTIFS
Ce chapitre propose une brève introduction aux méthodes classiques
(mécaniques et optiques) pour la mesure de la rugosité, de la caractérisation de la
topographie et de la mesure de l’épaisseur des couches minces. Il présente:
• la définition de quelques paramètres de rugosité,
• le rugosimètre mécanique,
• les principes de l’interférométrie,
• l’ellipsométrie,
• quelques exemples.
Ces techniques déterminent les variations de hauteur à la surface d’un matériau
à l’aide d’outils issus de la statistique, du traitement du signal et du traitement
d’images. Les instruments fournissent une image de la surface en 2D ou 3D qui permet de quantifier la rugosité d’un échantillon et de visualiser la topographie. Les
données sont obtenues soit à l’aide d’un capteur mécanique sur un tracé sélectionné
de la surface de l’échantillon soit par mesure optique sans contact.
2.2 DÉFINITION DE QUELQUES PARAMÈTRES DE RUGOSITÉ
La rugosité des surfaces peut être décrite en mode bidimensionnel ou pseudotridimensionnel à l’aide d’un nombre restreint de paramètres. L’analyse d’un profil
de surface consiste d’une part en la connaissance des amplitudes illustrées par les
paramètres issus de la statistique et d’autre part en la définition de fonctions spectrales (transformée de Fourier, densité spectrale de puissance...). En ce qui concerne
les amplitudes, les principaux paramètres sont déterminés directement à partir de la
fonction de distribution des hauteurs p(z). Cette fonction définit dans l’intervalle
entre z min et z max le paramètre R t (rugosité maximale) et le paramètre R p (hauteur
moyenne) compris entre z et ∆z. Une mesure sur un tracé est illustrée schématiquement à la figure 2.1.
Avant tout, il faut signaler que les normes en vigueur préconisent plus de 18
paramètres différents pour décrire la rugosité des surfaces (voir DIN 4768). Si on
TOPOGRAPHIE ET ÉPAISSEUR
DES COUCHES MINCES
2.1 OBJECTIFS
Ce chapitre propose une brève introduction aux méthodes classiques
(mécaniques et optiques) pour la mesure de la rugosité, de la caractérisation de la
topographie et de la mesure de l’épaisseur des couches minces. Il présente:
• la définition de quelques paramètres de rugosité,
• le rugosimètre mécanique,
• les principes de l’interférométrie,
• l’ellipsométrie,
• quelques exemples.
Ces techniques déterminent les variations de hauteur à la surface d’un matériau
à l’aide d’outils issus de la statistique, du traitement du signal et du traitement
d’images. Les instruments fournissent une image de la surface en 2D ou 3D qui permet de quantifier la rugosité d’un échantillon et de visualiser la topographie. Les
données sont obtenues soit à l’aide d’un capteur mécanique sur un tracé sélectionné
de la surface de l’échantillon soit par mesure optique sans contact.
2.2 DÉFINITION DE QUELQUES PARAMÈTRES DE RUGOSITÉ
La rugosité des surfaces peut être décrite en mode bidimensionnel ou pseudotridimensionnel à l’aide d’un nombre restreint de paramètres. L’analyse d’un profil
de surface consiste d’une part en la connaissance des amplitudes illustrées par les
paramètres issus de la statistique et d’autre part en la définition de fonctions spectrales (transformée de Fourier, densité spectrale de puissance...). En ce qui concerne
les amplitudes, les principaux paramètres sont déterminés directement à partir de la
fonction de distribution des hauteurs p(z). Cette fonction définit dans l’intervalle
entre z min et z max le paramètre R t (rugosité maximale) et le paramètre R p (hauteur
moyenne) compris entre z et ∆z. Une mesure sur un tracé est illustrée schématiquement à la figure 2.1.
Avant tout, il faut signaler que les normes en vigueur préconisent plus de 18
paramètres différents pour décrire la rugosité des surfaces (voir DIN 4768). Si on