Détermination de l'état de mouillage aux échelles micro/nano par caractérisation acoustique haute fréquence.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.National audienceLes ondes acoustiques ultrasonores dans la gamme du GHz sont exploitées dans les pour réaliser l'imagerie de propriétés élastiques à l'échelle microscopique. Il est, dans ce cas, possible d'obtenir une résolution de l'ordre du micromètre dans l'eau (comparable à la résolution optique) grâce à la microscopie acoustique au GHz. Cette solution a permis de réaliser des études en transmission et en réflexion pour des fréquences allant jusqu'à plusieurs GHz. Les ondes peuvent être focalisées vers la structure à analyser par l'intermédiaire d'un milieu couplant comme l'eau, pour assurer la transmission acoustique. Les applications concernent la caractérisation de défauts à l'échelle micrométrique dans des matériaux qui ne sont pas transparents optiquement. Nous avons développé une méthode de caractérisation acoustique haute fréquence intégrée afin de pouvoir caractériser des interfaces liquide / solide [1]. Le matériau étudié est le silicium, milieu opaque, qui présente une structuration aux échelles micrométriques ou nanométriques. Afin d'atteindre nos objectifs de caractérisation par ondes acoustiques aux échelles micrométriques et nanométriques, nous avons dû travailler au développement et à l'intégration de transducteurs ultrasonores hautes fréquences sur substrat silicium, notamment à partir des technologies couches minces. La particularité de la méthode est que le transducteur acoustique haute fréquence est réalisé directement en face arrière du substrat dont l'interface supérieure avec un liquide est à caractériser. L'avantage principal est de pouvoir s'affranchir de l'utilisation d'un couplant dont l'utilisation est très délicate voire rédhibitoire dans la gamme de fréquence visée. D'autre part, l'augmentation de la fréquence des transducteurs acoustiques est directement liée à la diminution des longueurs d'onde et donc à la possibilité d'analyser des interfaces micro ou nanostructurées. L'étude de la stabilité de l'interface triple liquide / air / solide sur des structures superhydrophobes réalisées à l'échelle micrométrique puis nanométrique s'est déroulée sur dispositifs issues de l'industrie de la microélectronique (imageurs réalisés par ST Microelectronics). En effet cette industrie est particulièrement intéressée par l'efficacité du nettoyage par voie humide au cours des procédés de fabrication des composants. Dans le cadre du développement de cette méthode de caractérisation, nous avons pu montrer qu'il était possible de caractériser des interfaces dont la taille des structures solides (répétées en motifs périodiques) sont plus de 100 fois plus petites que la longueur d'onde la plus faible dans le matériau de propagation. Nous avons également modélisé le comportement des ondes acoustiques afin de pouvoir interpréter les signaux acoustiques mesurés. Enfin les informations obtenues par la méthode acoustique ont été confrontées à la méthode goniométrique, méthode classique de caractérisation du mouillage mais donnant essentiellement une information macroscopique. [1] Li S.; Lamant S. ; Carlier J. ; Toubal M. ; Campistron P. ; Xu X.; Vereecke G. ; Senez V. ; Thomy V. ; Nongaillard B., 2014; High Frequency Acoustic for nanostructure Wetting Characterization, Langmuir, 30, 25, 7601-7608