Accession aux propriétés d'interface par leur comportement en délaminage

Les films minces déposés sur substrat par pulvérisation cathodique présentent de très fortes contraintes de compression, qui provoquent le phénomène de « cloquage » (flambage du film combiné à son délaminage). Parmi les morphologies de cloques obtenues, les structures en « cordons de téléphone » sont très souvent observées (Fig. 1, gauche). Nous avons pu récemment effectuer les premières simulations complètes du phénomène de cloquage, et comprendre en détail les mécanismes de formation de ces structures [1].

Dans le cas des « cordons de téléphone », nous avons pu en outre expliciter l’existence d'une relation entre la longueur d'onde spatiale du motif et l'énergie d'adhérence entre le film et le substrat. Ce résultat a permis de concevoir un nouveau type d'essais d'adhérence, dit « par cloquage induit » [2]. Il s'agit de déposer une sur-couche fortement compressive qui va permettre d'arracher le film de son substrat (cloquage), puis ensuite de mesurer la longueur d'onde spatiale des cordons obtenus pour en déduire l'energie d'adhérence. Fig. 1 (droite), des dépôts à différents niveaux de contrainte σ₀ et d'énergie élastique G₀ ont été réalisés, puis un fit de la fonction analytique trouvée dans [2] et impliquant la longueur d'onde λ mesurée est réalisé pour déterminer l'énergie d'adhésion G_Ic d'une interface Ag/SiO₂ (G_Ic=0,58 J/m²). La sur-couche amenant la contrainte est ici Mo.
 

Fig.1. A gauche: morphologie de cloque en “cordon de téléphone” obtenue par simulation numérique (haut) et par observation au microscope optique (bas) pour un échantillon Mo/Ag/SiO₂ (rupture entre Ag et Si). A droite: grace à l'analyse de [2], un fit de données expérimentales peut être effectué pour retrouver l'énergie d'adhérence G_Ic de l'interface Ag/SiO₂.

[1]:J.-Y. Faou, G. Parry, S. Grachev, E. Barthel, How does adhesion induce the formation of Telephone Cord Buckles ?, Physical Review Letters, 108, 116102, 2012.
[2] :J.-Y. Faou, G. Parry, S. Grachev, E. Barthel , Telephone cord buckles: a relation between wavelength and adhesion, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 75, 93-103,2015.