Characterization of annealed alumina thin film coatings using brillouin spectroscopy

Few samples of alumina were deposited by laser ablation technique and annealed at different temperature and time. In the deposited state on silicon substrate, alumina coatings are essentially amorphous and they tend to crystallize upon annealing around 950 °C. This experimental work is focused mainly to investigate the effects of annealing on the alumina coatings by estimating the variations in stiffness and elastic constant of various samples. Exploring variety of samples annealed at 500 °C, 700 °C and 950 °C using Brillouin spectroscopy. Brillouin spectroscopy is a non-destructive technique which can be used to analyse the elastic properties of thin film coatings. When laser is interacted with surface of the material, it is scattered and by evaluating its spectrum, the velocity of acoustic modes can be measured. The scanning electron microscope (SEM) has been utilized to examine the surface morphology and cross-sections of the alumina thin film coatings in order to have detail on the surface and thickness of the annealed films. The XRD data is helpful to detect the transition from amorphous to crystalline phase of the alumina thin film due to the effect of annealing. Data from Brillouin spectroscopy is analysed in MATLAB to fit and measure the velocity of Rayleigh waves and longitudinal bulk waves of alumina coating. Evaluation of the elastic properties of coatings can be done by using Christoffel equations and correlations between characteristics determined with the Brillouin technique.

Pochi campioni di allumina sono stati depositati mediante tecnica di ablazione laser e ricotti a temperature e tempi diversi. Nello stato depositato sul substrato di silicio, i rivestimenti di allumina sono essenzialmente amorfi e tendono a cristallizzare dopo la ricottura a circa 950 °C. Questo lavoro sperimentale è focalizzato principalmente a studiare gli effetti della ricottura sui rivestimenti di allumina stimando le variazioni di rigidità e costante elastica di vari campioni. Esplorando la varietà di campioni ricotti a 500 ° C, 700 ° C e 950 ° C utilizzando la spettroscopia di Brillouin. La spettroscopia di Brillouin è una tecnica non distruttiva che può essere utilizzata per analizzare le proprietà elastiche dei rivestimenti a film sottile. Quando il laser interagisce con la superficie del materiale, viene diffuso e valutando il suo spettro, è possibile misurare la velocità dei modi acustici. Il microscopio elettronico a scansione (SEM) è stato utilizzato per esaminare la morfologia superficiale e le sezioni trasversali dei rivestimenti a film sottile di allumina al fine di avere dettagli sulla superficie e sullo spessore dei film ricotti. I dati XRD sono utili per rilevare la transizione dalla fase amorfa a quella cristallina del film sottile di allumina a causa dell'effetto della ricottura. I dati della spettroscopia di Brillouin vengono analizzati in MATLAB per adattarsi e misurare la velocità delle onde di Rayleigh e delle onde voluminose longitudinali del rivestimento di allumina. La valutazione delle proprietà elastiche dei rivestimenti può essere effettuata utilizzando le equazioni di Christoffel e le correlazioni tra le caratteristiche determinate con la tecnica di Brillouin.