RCMO Filtres optiques interférentiels à propriétés optiques spatialement maîtrisées Laëtitia ABEL-TIBERINI 3°année de thèse Sous la direction de F. LEMARQUIS M. LEQUIME

Problématique ) ( ne f l Applications 10 ) ( < D ne Propriétés optiques =  Etude de l’uniformité de l’épaisseur optique Applications Recherche de propriétés uniformes Ex : DWDM, Recherche de propriétés non uniformes Ex : filtres variables -4 10 ) ( < D ne

Problématique Non uniformité naturelle induite par les techniques de dépôt Maîtriser l’uniformité  utiliser des masques Masque : forme et mouvement dépendent de Uniformité du bâti Profil spatial recherché  Caractérisation du bâti

Plan de l’exposé Les outils Modélisation du bâti Banc de caractérisation de composants Les applications Filtres variables Vers une meilleure uniformité Conclusion

Modélisation : Technologie DIBS* r substrat cible x Y Z Le dépôt suit une loi en β r α n cos 2 La cible est inclinée à 45°. L’échantillon est en rotation. * Dual Ion Beam Sputtering

Exemple de « non-uniformité » Y Uniformité Répartition d’épaisseur obtenue dans des conditions classiques de dépôt : échantillon de 3 cm de côté Lignes d’iso-épaisseurs circulaires Rayon de rotation de 50 mm Le modèle  répartition d’épaisseur pour toutes les configurations de dépôt

Comment déterminer les paramètres du modèle? Objectif : Définir , n et r Cahier des charges : Repérer aisément la position des échantillons Avoir une variation significative des propriétés optiques L’observation doit permettre une inversion robuste et rapide du problème Solution : Pas de rotation (rapidité, position) Echantillon de grande dimension (fort gradient, robustesse) barrette cible

Configuration retenue Disposition des barrettes cible x Porte substrat barrette cible x Porte substrat barrette Pour chaque matériau

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Banc de caractérisation Fibered white light source Optical Spectrum Analyser Reference photodiode X Translation stage XY translation stage Aperture Stops wheel Neutral densities wheel 200 µm core optical fiber 400 µm core optical fibers 600 µm core Sample or reference glass

Banc de caractérisation Domaine spectral: 400 – 1700 nm Résolution spectrale:  5 nm avec une fibre de 600 µm  0,5 nm avec une fibre de 100 µm Diaphragmes: 50, 100, 200, 600, 1000 et 2000 µm. Précision de position de l’échantillon: 3 µm. Ecart type sur la répétabilité:  10-3 Positionnement de l’échantillon et acquisition de données complètement automatisés. Détermination de n, k et e sur des monocouches à partir des mesures en R et T

Banc de caractérisation Comparaison avec un Spectromètre du commerce Diamètre de la zone mesurée sur le banc 600 µm Mesure locale Perkin Mesure de n et e locale épaisseur moyenne de 190 nm 25.4 mm Zone scannée: 12.5 mm x 12.5 mm (36 points) Fabien Lemarchand et al. ”Institut Fresnel – OIC 2004 Measurement Problem" Optical interference coating, Tucson, USA, (June 2004)

Caractérisation du bâti : Problème inverse Mesure d’uniformité sur une barrette  Déterminer les paramètres libres de la modélisation (direction  et répartition du flux de matière pulvérisée n) Conclusion : Nous avons 2 outils permettant la modélisation et la caractérisation des dépôts

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Filtres variables linéaires substrat l 2l Profil d’épaisseur optique 20 mm Objectif : Variation de la longueur d’onde filtrée de 800 nm à 1600 nm Uniformité de 99,8% suivant l’autre direction si le filtre variable est couplé avec une matrice CCD Technique de réalisation : masquage Masque statique Masque rectiligne en translation

Filtres variables Masque statique substrat l 2l Profil d’épaisseur optique masque échantillon Verre de contrôle Porte - substrat échantillon 2l l Résultat Courbe d’iso-épaisseur circulaire l 2l Comment obtenir un filtre linéaire rectiligne ?

Masque en translation Filtres variables came masque échantillon Idée: mouvement de translation du masque induit par la rotation du porte - échantillon échantillon came Platine de translation & masque Le filtre linéaire est rectiligne SI Le dépôt est uniforme sur l’échantillon

Caractérisation du filtre variable 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 600 800 1000 1200 1400 1600 Longueur d'onde (nm) Transmission (%)  Variation non-linéaire de la longueur d’onde filtrée

Caractérisation de filtres variables Ré-orientation  Uniformité transversale au gradient = 99.6% Axe de mesure ≠ axe de dépôt (rotation de 2.5 arcsec) Remarque : Le centrage du filtre est quasi-rectiligne

Filtres variables Améliorer l’uniformité transversalement au gradient Et Obtenir la loi de variation spécifiée  Optimiser la forme de la came en utilisant la modélisation

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Vers une meilleure Uniformité X Y Uniformité 2 possibilités : Changer la disposition, le mouvement de l’échantillon Ex : Inclinaison, mouvement planétaire Utiliser un masque Utiliser le modèle X Y Uniformité

Conclusion et perspectives Conclusion : 2 outils ont été développés un modèle du dépôt un banc de caractérisation A faire avant achèvement de la thèse Caler le modèle : dépôt sur les barrettes + inversion Filtre linéaire : Optimiser l’allure de la came Meilleure uniformité : Rechercher la forme du masque