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Montage de Microscopie de Thermoréflectance
La thermoreflectance modulée (Modulated ThermoReflectance) est une méthode sans contact qui permet de suivre la diffusion de la chaleur en régime modulé induite dans un échantillon et par suite d’en déduire ses propriétés thermiques grâce à la résolution des équations de diffusion de la chaleur. La diffusion de la chaleur en régime modulé se décrit par des « ondes thermiques » dont la longueur d’onde dépend de la fréquence de modulation et de la diffusion thermique D du matériau. Si les propriétés optiques ne sont pas adaptées (matériaux transparents, semi-transparents ou diffusants) on dépose à la surface de l’échantillon un dépôt d’or d’une centaine de nanomètres. Ce montage permet de caractériser des matériaux massifs (diamant, semi-conducteur, verre, silice, polymère), des couches déposées sur des substrats (diamant polycristallin, couche semi-conductrice,…), des matériaux structurés (céramique, cellule solaire, micro-batteries…)
Figure : Schéma de principe de la microscopie de thermoréflectance :
La surface de l’échantillon est éclairée par un faisceau pompe modulé en intensité (laser 532 nm) et focalisé (tache d’environ 1 μm de diamètre). La longueur d’onde de la pompe est choisie pour être totalement ou partiellement absorbée par l’échantillon. Les ondes thermiques sont ensuite excitées dans l’échantillon et détectées sur sa surface par le changement de réflectivité d’un autre faisceau laser focalisé (faisceau sonde). Nous utilisons comme faisceau sonde une diode laser à 488 nm pour maximiser la sensibilité de la sonde au champ thermique lorsque l’échantillon est recouvert d’un mince film d’or. Le déplacement du faisceau pompe par rapport au faisceau sonde est effectué par rotation d’un miroir dichroïque contrôlé par des moteurs pas à pas. Une photodiode et une détection synchrone enregistrent la composante AC de réflectivité de l’échantillon, dans une gamme de fréquence comprise entre 1 kHz et 1 MHz.
La microscopie de thermoréflectance ne donne pas directement accès aux propriétés thermiques qui interviennent dans le signal mesure, et il est nécessaire d’avoir recours à des modèles physiques de conduction thermique pour accéder à la conductivité thermique des matériaux à partir des données expérimentales.
