Détermination expérimentale de la résistance thermique d'interface d'un dépôt métallique submicronique sur son substrat

(Reçu le 15 septembre 1993, révisé le 28 janvier 1994 et le 24 janvier 1995, accepté le 21 mars 1995)

Abstract
Mechanisms of deposition and adhesion of a solid film are closely related to the physical and chemical properties of the substrate. Experimental measurement of thermal contact resistance gives new informations by characterizing the presence of impurities, fissures and cracks due to the elaboration process. An original method of thermal contact resistance measurement of a submicronic film on a dielectric substrate is presented. The measurement consists in analysing the very beginning of the cooling phase of the film, which follow the heating by a short laser pulse ( ns). Temperature detection is obtained by electrical resistance measurement of the film. Detection with a high bandwidth (25 MHz) ensure a good restitution of the signal, which is numerically filtered in order to be analyzed. A very small thermal contact resistance compromise between 10^-8 and 10^-6 m ²K/W is measured if the temperature detection is operated before one microsecond. The principle of the method and the experimental arrangement are described. The sensitivity is analyzed. Experimental results are obtained on thin film of 200 to 600 nm thickness (pulverized copper) on glass substrate. The thermal contact resistance of about 10^-7 m ²K/W have been identified with an uncertainty of about 30%.

Résumé
Les mécanismes de croissance et l'adhésion d'un dépôt sont étroitement liés aux propriétés physiques et chimiques superficielles du substrat. La détermination de la résistance thermique d'interface peut mettre en lumière certains aspects de ce couplage en caractérisant la présence d'impuretés, de fissures ou de décollements liés au procédé d'élaboration. Une méthode de mesure originale de la résistance d'interface entre un dépôt submicronique et un substrat diélectrique est présentée. Elle est fondée sur l'analyse des premiers instants de refroidissement du dépôt consécutif à l'échauffement produit par une impulsion laser. L'échauffement est obtenu par la mesure de la résistance électrique du dépôt. La détection à large bande passante (25 MHz) assure une bonne restitution du signal. Celui-ci est filtré numériquement pour être ensuite analysé. De très faibles résistances, comprises entre 10^-8 et 10^-6 m ² K/W, peuvent être détectées lorsque l'observation des variations de température s'effectue avant la première microseconde. Le principe de la méthode et le dispositif expérimental sont présentés. La sensibilité de la méthode est analysée en détail. Des résultats, obtenus sur des dépôts de 200 à 600 nm de cuivre pulvérisés sur un substrat de verre de Silice, sont présentés. Des résistances d'interfaces de l'ordre de 10^-7 m ² K/W ont été identifiées avec une précision d'environ 30 %.