Origin and quantification of anomalous behaviour in velocity dispersion curves of stiffening layer/substrate configurations

Layer stiffening effects are studied via positive dispersion curves calculated for several layer/substrate configurations. The investigated layers (ZnO, Al, SiO2, Cr, Si, SiC, AlN, Si3N4 and Al2O3) deposited on Cu and/or Si substrates, showed two types of anomalous behaviour: velocities greater than the layer Rayleigh velocity and those smaller that the substrate Rayleigh velocity. The appearance and disappearance of these phenomena are analysed and quantified in terms of a suggested elastic parameter, ξ, which shows that their origin is due the combined effect of the velocities and densities of both the layer and the substrate. To cite this article: Z. Hadjoub et al., C. R. Physique 8 (2007).

RésuméLa détermination ainsi que la compréhension des phénomènes d'élasticité dans les couches minces sont indispensables pour la conception et la technologie de divers composants modernes. Dans ce contexte, l'effet de rigidité des films déposés sur des substrats est étudié via les courbes de dispersion positive ; ces courbes représentent la variation de la vitesse de propagation des ondes acoustiques en fonction de l'épaisseur des couches. La présente investigation de plusieurs combinaisons de films (ZnO, Al, SiO2, Cr, Si, SiC, AlN, Si3N4 et Al2O3) déposés sur des substrats en Cu et/ou Si a révélé l'existence de deux types d'anomalies : (i) vitesse, V, plus élevée que celle de Rayleigh de la couche, VRL ; et (ii) vitesse plus faible que celle de Rayleigh du substrat, VRS. Ces phénomènes sont analysés et quantifiés en terme d'un paramètre élastique que nous avons défini comme étant le rapport des vitesses et des densités des films et des substrats. Ainsi, il nous a été possible de déduire que le premier cas, V>VRL, apparaît pour ξ<0,4 ; par contre le comportement inverse, V1. Les anomalies disparaissent pour 0,4⩽ξ⩽1 ; dans cet intervalle on obtient les courbes de dispersion conventionnelles (augmentation initiale suivie d'une saturation). Par conséquent, ce comportement, quantifié avec succès par ξ, peut être attribué à l'effet combiné des vitesses et des densités. Pour citer cet article : Z. Hadjoub et al., C. R. Physique 8 (2007).