Pour mesurer l'épaisseur d'un film, plusieurs méthodes peuvent être utilisées, chacune ayant ses propres exigences et capacités. Le choix de la méthode dépend de facteurs tels que la transparence du matériau, la précision requise et les informations supplémentaires nécessaires. Voici les principales méthodes et leurs principes :
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Profilométrie au stylet: Cette méthode consiste à passer physiquement un stylet sur la surface du film pour mesurer la différence de hauteur entre le film et le substrat. Elle nécessite la présence d'une rainure ou d'une marche, qui peut être créée par masquage ou gravure. Le stylet détecte la topographie et la hauteur mesurée permet de calculer l'épaisseur. Cette méthode convient aux matériaux non transparents et permet une mesure mécanique directe.
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Interférométrie: Cette technique utilise l'interférence des ondes lumineuses pour mesurer l'épaisseur. Elle nécessite une surface hautement réfléchissante pour produire des franges d'interférence. Les franges sont analysées pour déterminer l'épaisseur en fonction de la longueur d'onde de la lumière utilisée. L'interférométrie est très précise et peut être utilisée pour les films transparents et réfléchissants. Toutefois, elle nécessite une configuration minutieuse pour garantir une analyse précise des franges.
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Microscopie électronique à transmission (TEM): La MET est utilisée pour les films très fins, généralement de quelques nanomètres à 100 nm. Elle consiste à prendre une vue en coupe du film et à l'analyser sous un microscope électronique. Le faisceau d'ions focalisés (FIB) est souvent utilisé pour préparer l'échantillon. Cette méthode permet d'obtenir des images de haute résolution et peut également révéler des détails structurels du film.
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Spectrophotométrie: Cette méthode optique utilise le principe de l'interférence pour mesurer l'épaisseur du film. Elle est efficace pour les films dont l'épaisseur est comprise entre 0,3 et 60 µm. Le spectrophotomètre mesure l'intensité de la lumière après son passage à travers le film et les figures d'interférence sont analysées pour déterminer l'épaisseur. Cette méthode nécessite de connaître l'indice de réfraction du film, qui influe sur la figure d'interférence.
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Spectroscopie à dispersion d'énergie (EDS): Bien qu'elle soit principalement utilisée pour l'analyse élémentaire, la spectroscopie à dispersion d'énergie peut également fournir des informations sur l'épaisseur du film lorsqu'elle est utilisée en conjonction avec des techniques telles que la microscopie électronique à balayage (MEB). Elle mesure les rayons X émis par l'échantillon lorsqu'il est bombardé par des électrons, ce qui peut indiquer la présence et l'épaisseur des différentes couches du film.
Chacune de ces méthodes a ses avantages et ses limites, et le choix de la méthode dépend des exigences spécifiques du film analysé, y compris ses propriétés matérielles, sa gamme d'épaisseur et le niveau de détail souhaité. Pour obtenir des mesures précises, il est essentiel de tenir compte de l'uniformité du film et de l'adéquation de la technique de mesure aux caractéristiques du film.
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