Interdiffusion and strain on Cu/Ni and Mo/V multilayers: X ray diffraction and kinetic simulation

Interdiffusion et déformations dans des multicouches Cu/Ni et Mo/V: Diffraction des rayons X et simulation de la cinétique

Mohamed-Chérif Benoudia (1)

1 IM2NP - Institut des Matériaux, de Microélectronique et des Nanosciences de Provence

This work reports the study of interdiffusion and stress on models metallic systems coupling modeling and Xray diffraction known by its high sensibility to the variation of interriticular distances. Model systems chosen are Cu/Ni and Mo/V epitaxial multilayers diposited on MgO substrate. In this two systems the diffusion coefficient is highly dependent on concentration, which should gives during interdiffusion verry asymmetric concentration profiles. To study the evolution of concentration and distance profiles during interdiffusion, a program coupling interdiffusion kinetics and coplanar symmetric diffraction spectra was established with success. It is based on Martin's model (kinetic Ising model in mean field approximation) to simulate interdiffusion and uses kinematic theory to calculate diffraction diagram. In addition, it incorporate elastic relationship between stress and strain fields taking in account the coherence of the interfaces. This program has permitted to establish the existence of a high diffusion asymmetry in Cu/Ni and Mo/V systems with similar parameters controlling the asymmetry of interdiffusion for the studied samples. This parameters are very close to those given by literature established on nonstressed systems. This result indicate that the kinetic of interdiffusion is not affected by the high state of strain in thismultilayers.

Ce travail de thèse porte sur l'étude de l'interdiffusion et des contraintes dans des systèmes métalliques modèles en couplant la diffraction des rayons X connue pour sa très grande sensibilité aux variations de distances interréticulaires et la modélisation. Les systèmes modèles choisis sont des multicouches Cu/Ni et Mo/V épitaxiées sur MgO. Dans ces deux systèmes le coefficient de diffusion dépend fortement de la concentration ce qui doit donner lieu lors de l'interdiffusion à des profils de concentration très asymétriques. Pour étudier l'évolution des profils de concentration et de distance lors de la cinétique d'interdiffusion, un programme couplant cinétique d'interdiffusion et évolution des spectres de diffraction symétrique coplanaire a été mis en place avec succès. Il s'appuie sur le modèle de Martin (modèle d'Ising cinétique dans l'approximation de champ moyen) pour simuler l'interdiffusion et utilise la théorie cinématique pour calculer le diagramme de diffraction. De plus, il intègre une relation d'élasticité entre champs de déformation et champs de concentration en tenant compte de la cohérence des interfaces. Ce programme a permis d'établir l'existence d'une forte asymétrie de diffusion dans les systèmes Cu/Ni et Mo/V avec des paramètres contrôlant l'asymétrie d'interdiffusion similaires pour les différents échantillons étudiés. De plus ces paramètres sont très proches de ceux donnés par la littérature établies sur des systèmes non contraints. Ce constat indique que le fort état de déformation de ces multicouches n'affecte pas la cinétique d'interdiffusion.

Mots clés: MULTILAYERS; STRESS; XRAY DIFFRACTION; ANNEALING; DIFFUSION ASYMMETRY

Mots clés: MULTICOUCHES; INTERDIFFUSION; CONTRAINTES; DIFFRACTION DE RAYONS X; SIMULATION; RECUITS; ASYMETRIE DE DIFFUSION

Domaines: Matière Condensée [cond-mat]

Mohamed-Chérif Benoudia. Interdiffusion et déformations dans des multicouches Cu/Ni et Mo/V: Diffraction des rayons X et simulation de la cinétique. Matière Condensée [cond-mat]. Université Paul Cézanne - Aix-Marseille III, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00429887⟩