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Les composants semi-conducteurs utilisés dans les lasers
pour les télécommunications sont constitués
de différentes couches minces déposées par
épitaxie sur un substrat. L'ensemble est cristallin et les
couches dont le paramètre de maille est différent
de celui du substrat sont contraintes, parfois fortement. Par exemple,
la contrainte est de l'ordre de 1 GPa dans une couche de 10 nm de
GaInAs à 10% d'In déposée sur un substrat de
GaAs.
Une méthode pour déterminer la contrainte consiste
à mesurer la courbure induite par cette contrainte sur l'échantillon.
Nous avons développé une variante de cette méthode,
qui consiste à mesurer la courbure par Microscopie Electronique
en Transmission (MET). Les échantillons sont amincis pour
pouvoir être observés et ont une épaisseur variable,
typiquement de quelques centaines de nm.
Nos résultats expérimentaux ont été
comparés à des calculs analytiques théoriques
de la courbure. Nous avons montré que notre méthode
est fiable et donne le bon ordre de grandeur. Cependant les valeurs
de contrainte obtenues sont systématiquement inférieures
aux valeurs théoriques. Une des raisons possibles est que
le calcul analytique ne prend pas en compte la géométrie
réelle des échantillons que nous observons en MET.
Une autre raison peut être que la couche réelle ne
présente pas l’homogénéité chimique
supposée dans le modèle.
Aussi nous nous proposons de modéliser nos échantillons
par la méthode des éléments finis (MEF). L'objectif
est de comparer les courbures obtenues par MEF avec la courbure
déterminée expérimentalement. Nous utilisons
le code « CASTEM 2000 » depuis plusieurs années
dans des problèmes analogues, ce qui a donné lieu
à de nombreuses publications. Les calculs sont fondés
sur la mécanique des milieux continus qui reste valable pour
les nano - matériaux.
Nous avons déjà réalisé une première
étude par MEF de la courbure d’échantillons
amincis. Nous avons notamment déterminé dans quelles
limites géométriques les modèles analytiques
s’appliquent, lorsque l’échantillon est une lame
mince observable en MET.
Nous comptons dans ce stage poursuivre ce travail. On se placera
dans le cas des grands déplacements. On essaiera de se rapprocher
du matériau réel en prenant en compte son anisotropie
cristalline, les variations d’épaisseur du substrat
dues à l’amincissement, et une forme réaliste
(adoucissement des arêtes). On s’intéressera
également aux plaques à courbure variable (non sphériques).
Enfin, on essaiera de prendre en compte la non homogénéité
chimique de la couche.
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Profil : Ce stage peut être un stage de fin
d’études, de DESS, de DEA, etc… Il pourra s’étaler
sur un semestre ou plus… Et les élèves ingénieurs
pourront probablement bénéficier d’une rémunération…Si
l’étudiant est très bien classé au DEA
de Génie Mécanique, une bourse de thèse est
envisageable pour un sujet voisin…
Contact : Lise Durand au 05 62 25 78 69 ou durand@cemes.fr
CEMES : 29, rue Jeanne Marvig - 31055 Toulouse
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Année 2003-2004
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