Structuration 1D et 2D de matériaux diélectriques par ablation laser nanoseconde : applications aux couches minces et monocristaux de LiNbO3 et couches minces de TiO2

• Main Author: Meriche, Faiza
• Language: FRE
• Published: Université de Metz 2008
• Subjects: [PHYS] Physics; -
• Online Access: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00354828; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/35/48/28/PDF/Faiza2.pdf

La structuration des matériaux à l'échelle micro et nano métrique constitue un domaine de recherche et développement très prometteur dont le succès permettra de réaliser le saut technologique tant attendu dans le domaine de la photonique. Du point de vue du matériau, l'utilisation des diélectriques de type LiNbO3 ou encore TiO2 qui possèdent des propriétés spécifiques qui différent de ceux des semi-conducteurs est de nature à élargir les performances des composants photoniques à mettre au point. De plus, l'utilisation de ces matériaux sous forme de couches minces permet de s'affranchir des contraintes et des limitations imposées par le cristal massif. Dans le cadre de ce travail, nous nous sommes intéressées à l'étude de la structuration 1D et 2D par ablation laser nanoseconde dans des couches minces et monocristaux de niobate de lithium ainsi que des couches minces de TiO2. Les couches minces de LiNbO3 ont été déposées par pulvérisation cathodique rf magnétron sur saphir tandis que les couches de TiO2 ont été réalisées par voie sol-gel sur des substrats de verre. Les ablations ont été effectuées avec un laser nanoseconde de type KrF excimer (ATLEX 300 SI Model). L'ablation des échantillons a été effectuée avec un masque de 10 µm de diamètre, les fréquences appliquées varient de 10 à 100 Hz et les fluences de 0.3 à 2.3 J/cm2. Les structures ablatées ont été observées et analysées à l'aide de la microscopie optique fonctionnant en mode Nomarski et de la microscopie µ-Raman. Nous avons notamment étudié l'influence des paramètres d'ablation (nombre de pulses, fluence et fréquence de répétition) sur les caractéristiques des structures ablatées. A titre d'exemple, des réseaux de 5×5 trous ont été réalisés avec un nombre de pulse constant (5pulses) et différentes valeurs de fluences (0.88 à 2.093J/cm2). D'après les résultats obtenus, nous avons constaté que la forme des trous ainsi que leur profondeur dépendent fortement de la fluence utilisée. Les meilleurs résultats sont obtenus pour les fluences élevées. Pour l'étude de l'effet du nombre des pulses sur l'ablation des couches, nous avons procédé à la réalisation des réseaux de 5×5 trous avec une fluence constante 1.467J/cm2 et une variation du nombre de pulses de 5 à 15. Le taux moyen d'ablation décroît avec l'accroissement du nombre de pulses. Préalablement à ces études, nous avons étudié les propriétés optiques de nos couches minces en utilisant la spectroscopie des lignes noires. Les résultats ont montré que les couches sont monomodes et possèdent des pertes optiques de l'ordre de 1 dB.cm-1. L'objectif final de ce travail est d'optimiser le processus expérimental d'ablation afin d'obtenir des structures sub-micrométriques pour des applications dans le domaine la photonique.