Filtrage par multicouches nanostructurées

Présentation au sujet: "Filtrage par multicouches nanostructurées"— Transcription de la présentation:

1 Filtrage par multicouches nanostructurées
A. L. Fehrembach, A. Sentenac, D. Maystre (1); S. Hernandez, O. Gauthier-Lafaye, P. Arguel, S. Bonnefont, F. Lozes Dupuy (2) (1) Institut Fresnel, DU St Jérôme, Marseille cedex 20; (2) LAAS CNRS, 7, avenue du Colonel Roche, Toulouse Cedex 4; Objectif et choix de la structure Objectif: Réaliser un filtre en espace libre à bande spectrale très étroite, fonctionnant en incidence oblique et indépendant à la polarisation. Solution proposée: Filtrage en réflexion par réseau résonnant [1]: -Empilement anti-reflet supportant un mode guidé -Nanostructuration de surface Condition de couplage : i ~ p i + Kip ~ Re(p) Indépendance à la polarisation: Exciter deux modes indépendants [2] et Annuler l’expression ε12cos(2Φ) i: longueur d’onde incidente p, p : longueur d’onde et pulsation spatiale du mode propre inc : composante tangentielle du vecteur onde incident K : vecteur du réseau réciproque permettant le couplage entre l’onde incidente et le mode p R li p s 1 |ei1|2 sin2(f) e12 cos(2f) |ei1|2 cos2(f) Anti-reflet Réseau 2D éclairé dans un plan de symétrie Spectre des 2 polarisations donné par la méthode perturbative 1 R l lr  liée à h ε12 : cœfficient de fourier correspondant au couplage entre les deux modes (dépend de la géométrie du motif) 2Φ : angle entre la direction de propagation des 2 modes => 2 motifs du réseau 2D pour obtenir l’indépendance à la polarisation en incidence oblique [3] Ki1 inc 2Φ=90° ou ε12=0 [1] D. Maystre, "General study of grating anomalies", in Electromagnetic surface modes, A.D. Boardman ed. (John Wiley & Sons, Chichester, 1982), pp [2] (2002) A. L. Fehrembach, D. Maystre, A. Sentenac 'Phenomenological theory of filtering by resonant dielectric gratings' J. Opt. Soc. Am. A, 19, [3] (2003) A. L. Fehrembach et A. Sentenac 'Study of waveguide gratings eigenmodes for unpolarized filtering applications' J. Opt. Soc. Am. A, 20, Maille carrée double période Maille hexagonale Conception du filtre Détermination des épaisseurs de l’empilement anti-reflet Détermination des paramètres de la nanostructure 2D SiO2/air (e1, n=1.35) Si3N4 (e3, n=2.02) Si3N4 (e2, n=2.02) Substrat Verre 500µm SiO2 (e4, n=1.48) d  r d=454nm r=155nm =60°  (nm) R Rs Rp Paramètres du réseau hexagonal pour θ=15° Structure simulée Résultat de la simulation: -Indépendance à la polarisation -Taux de réjection > 100 -Largeur à mi-hauteur = 0.16 nm e1 SiO2=113 nm e2 Si3N4=182 nm e3 Si3N4 = 182 nm e4 SiO2 = 106 nm Épaisseurs optimales Anti-reflet simulé pour un angle d’incidence θ=15° pour une onde incidente polarisée s et p Spectre en réflexion de la structure complète pour une onde incidente polarisée s et p Développement du procédé de fabrication Réalisation d’empilements anti-reflet Dépôt SiO2 PECVD Dépôt Si3N4 LPCVD Mesure des épaisseurs et indices par ellipsométrie Mise au point d’un process d’écriture sur verre par lithographie électronique Insolation de motifs nanométriques dans du PMMA (calibration du masqueur, test de doses, raccord de champs…) Gravure des motifs dans le SiO2 par ICP Sélectivité entre le SiO2 et le Si3N4 Obtention de trous ronds avec flancs verticaux Réalisation des premiers filtres sur une surface de 1 mm² Travail en cours: montage du banc de test et caractérisation des échantillons Image AFM en 3D de la surface d’un filtre, trous gravés dans le SiO2, rugosité<2 nm Photo au microscope électronique d’un échantillon incliné de 45°, les trous sont gravés dans le SiO2.Un substrat en Silicium a été utilisé permettant le clivage. Structure: Substrat Si, SiO2 2 µm, Si3N4 200 nm, SiO2 120 nm, Au 5nm Photo au microscope électronique à balayage d’un filtre vu de dessus, trous gravés dans le SiO2 jusqu’au Si3N4, 5 nm d’or ont été déposé pour l’observation. Remerciements : Ce travail a bénéficié du soutien du CNES et de Astrium/EADS