Filtrage par multicouches nanostructurées

1. r |ei1|2 cos2(f) |ei1|2 sin2(f) R s p  d 0 1 li 1 e12 cos(2f) R  liée à h 0 lr l inc Anti-reflet Ki1 RsRp SiO2/air (e1, n=1.35) d=454nm Si3N4 (e2, n=2.02) r=155nm R =60° Substrat Verre 500µm Si3N4 (e3, n=2.02) SiO2 (e4, n=1.48)  (nm) 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, 13397 Marseille cedex 20; (2) LAAS CNRS, 7, avenue du Colonel Roche, 31077 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 Spectre des 2 polarisations donné par la méthode perturbative Réseau 2D éclairé dans un plan de symétrie 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] 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. 661-724. [2] (2002) A. L. Fehrembach, D. Maystre, A. Sentenac 'Phenomenological theory of filtering by resonant dielectric gratings' J. Opt. Soc. Am. A, 19, 1136-1144 [3] (2003) A. L. Fehrembach et A. Sentenac 'Study of waveguide gratings eigenmodes for unpolarized filtering applications' J. Opt. Soc. Am. A, 20, 481-488 Maille carréedouble période Maille hexagonale Conception du filtre Détermination des épaisseurs de l’empilement anti-reflet Détermination des paramètres de la nanostructure 2D 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