MESURE DE LA BIREFRINGENCE INTRINSEQUE DU SILICIUM Adrien AUCLAIR Tuteur CNRS : M Vincent LORIETTE Tuteur IUT : M Dominique LEMAIRE

Le projet VIRGO Interféromètre de Michelson  3 km Miroirs de recyclage Séparatrice Prise de mesures Miroirs de VIRGO Vue aérienne de l’antenne de détection des ondes gravitationnelles Virgo Interféromètre de Michelson

PLAN I. Biréfringence du silicium I.1. La biréfringence I.2. Les sources de biréfringence I.3. Les simulations optiques II. Le banc d’essai II.1. Montage et matériel II.2. Les échantillons de silicium II.3. Automatisation III. Interprétation des résultats III.1. Prises de mesures III.2. Résultats III.3. Problèmes

Biréfringence du silicium Définition Mesurer la biréfringence d’un échantillon consiste à mesurer les modifications de l’état de polarisation d’une onde incidente après réflexion ou transmission par l’échantillon.

Biréfringence du silicium ¼ de la diagonale du cube Trois échantillons de silicium d’épaisseurs (11 mm, 6 mm et 3 mm) et de « coupes » différentes 2 réseaux intercalés et décalés d’un quart de la diagonale du cube

Biréfringence du silicium Les sources de biréfringence Quatre sources: Imperfections des substrats du fait de la température, contraintes externes ou défauts de structures, dus à la fabrication du silicium et du savoir faire des industriels. Contraintes des revêtements sur les substrats. Contraintes exercées par les systèmes mécaniques de fixation. (la biréfringence de contrainte) La biréfringence intrinsèque

Biréfringence du silicium Étude théorique Études de la biréfringence réalisées dans les années 70. Simulation mathématique grâce aux matrices de Jones qui nous permette d’avoir une cartographie théorique.

Le banc d’essai Montage et matériel

Le banc d’essai

Système automatique de rotation Capteur photodiode et Amplificateur de signal Diode électroluminescente infra rouge (=1.45 m) Lentille convergente Polariseur Système automatique de rotation Échantillon de silicium Analyseur Modulateur

Ordinateur contrôlant la manipulation avec LABVIEW Micro-control ITL09 Banc de biréfringence Détection synchrone Modulateur Ordinateur contrôlant la manipulation avec LABVIEW

Le banc d’essai Les échantillons de silicium Coupe suivant le plan (111) Coupe suivant le plan (100)

Le banc d’essai Automatisation

Faisceau infrarouge Plaque de silicium Platine

Résultats et interprétation Prises de mesures 6 jours de prises de mesures Vérification des résultats avec deux échantillons de même coupe et de même épaisseur Vérification de la reproductibilité des résultats; plusieurs mesures dans la même journée et dans les mêmes conditions (même utilisateur, même conditions de travail, même échantillon) Vérification de l’inexistence de bruits thermiques.

Résultats et interprétation Résultats pleinement satisfaisants: On observe que l’amplitude de biréfringence est légèrement différente de celle trouvée théoriquement (En effet il existe un décalage de quelques centaines de μV/V). Les échantillon de coupe 100 possède une plus faible amplitude de biréfringence que ceux de coupe 111. Il sera donc préférable d’utiliser les 100.

Résultats et interprétation Causes des différences Impuretés sur le composant. Défauts ponctuels des composants ou des matériaux qui constituent les composants. Mauvaise position de l’échantillon

Résultats et interprétation Problèmes Placement de l’échantillon de silicium Apparition d’un « trou » d’amplitude de biréfringence anormal

Echantillon de silicium Faisceau infrarouge Echantillon de silicium Cœfficients : Transmission 0.7 Réflexion 0.3 Faisceau réfléchi

Mesure de la biréfringence intrinsèque du silicium avec caméra infrarouge Dans cette expérience le principe est le même que précédemment seulement nous utilisons une caméra infrarouge pour prendre les mesures sans aucun système de déplacement, ni de l'échantillon, ni du système de mesure. Le banc monté ici est couplé à une caméra infrarouge permettant de réaliser des cartes de biréfringence de 320x254 pixels en quelques secondes.