MESURE DE LA BIREFRINGENCE INTRINSEQUE DU SILICIUM

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

2 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

3 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

4 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.

5 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

6 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

7 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.

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9 Le banc d’essai Montage et matériel

10 Le banc d’essai

11 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

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

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

14 Le banc d’essai Automatisation

15 Faisceau infrarouge Plaque de silicium Platine

16 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.

17 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.

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19 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

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

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

22 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.