Annuaire  |  Flux RSS  |  Espace presse  |  Intranet  |  Webmail  |  Videos  |    Photos   Nanostructuration des matériaux et leurs propriétés optiques  Nano-structuration of materials 

Nanostructuration des matériaux

Focalisé depuis une dizaine d’années dans l’élaboration de dépôts de nitrure d’aluminium (AlN) par PVD magnétron, ce thème de recherche vise à conférer à ces couches minces de matériau isolant électrique et piézoélectrique, des fonctionnalités optiques, mécaniques et opto-électromécaniques originales.

Franges interférentielles liées à des différences d’épaisseur dans un dépôt d’AlN sur silicium. Les propriétés optiques dans le domaine UV-NIR, des films que nous élaborons sont obtenues par spectrométrie d’émission à 300 K, par ellipsométrie spectrométrique et spectrométrie de transmission pour des températures échantillons fixées entre 300 et 900 K.

Dépôt d’AlN transparent pour l’encapsulation de micro-systèmes SAW

Les ondes acoustiques de surface (SAW) sont à la base de nombreux micro-systèmes de communication et sont aujourd’hui de plus en plus utilisées pour réaliser des micro-capteurs. Toutefois ces micro-dispositifs piézoélectriques doivent être protégés de l'environnement. L’AlN à croissance colonnaire (002) est un très bon candidat pour permettre l’encapsulation de ces microsystèmes. Les études que nous menons dans ce domaine, en collaboration avec l’équipe Micro et nanosystèmes, visent à optimiser l’épaisseur de couches d’AlN élaborées par PVD magnétron à température ambiante directement sur IDT /ZnO, avec contrôle in situ (durant le dépôt) de l’épaisseur par réflectométrie interférentielle et dans le même temps contrôle de la réponse SAW.

Dépôt PVD magnétron d’AlN, d’épaisseur 28 µm, constitué de colonnes orientées (002) et  protégeant un microsystème SAW (IDT/ZnO/Silicium).

Dépôts d’AlN transparents

Les dépôts d’AlN sont étudiés ici pour leur transparence dans le spectre visible et leur capacité de protection contre l’usure mécanique, contre l’oxydation et les agressions chimiques. Cette fonctionnalité est étudiée aussi bien pour protéger l’esthétique (de produits utilisés à haute température   que pour protéger des systèmes optiques soumis à des agressions environnementales (vitrage par exemple). La réalisation de films AlN piézoélectriques transparents sur des films d’oxyde d’indium-étain (ITO) conducteurs transparents permet la recherche de fonctionnalités électro-optiques.

Dépôt PVD à température ambiante de 20 µm d’AlN sur un film plastique recouvert d’ITO transparent et imprimé ici du sigle de l’IJL.

 

Photoluminescence de films minces d’AlN dopés par des terres rares

Figure A: Photoluminescence dans le vert (538 et 557 nm) d’un échantillon AlN +Er excité par un laser UV à 325nm.
Figure B : Spectre de photoluminescence dans le visible du même échantillon AlN +Er, montrant les deux raies d’émission d’Er3+ ainsi que la PL bleu de la matrice AlN à 400nm.

L’AlN est un isolant grand gap (6eV). En concéquence, le dopage de ce matériau par des terres rares permet d’obtenir, ce qui est crucial, une photoluminescence (PL) insensible aux variations de température. L’erbium est une terre rare émetrice de rayonnements infra-rouge et visible utilisé dans les domaines des communications par fibre optique et pour la réalisation de LED. En collaboration avec l’équipe Nanomatériaux de l’IJL, des études sont menées pour optimiser des dépots AlN dopés par cette terre rare. Cette étude a par exemple, fait apparaitre l’influence de la taille des nanocristallites AlN sur l’efficacité PL des atomes d’erbium.

Modélisation de l’émission PL de films minces micro et nano-structurés

Pour élaborer des films possédant une propriété optique particulière en photo et/ou cathodoluminescence,  des études théoriques sont nécessaires pour modéliser puis pronostiquer la luminescence de matériaux dopés micro et nano-structurés (Cristallisation colonnaire, nano-cristallisation, multicouches,…).  Des modèles ont déjà été programmés qui permettent de prévoir pour des empilements spécifiques de couches AlN /AlN dopé, des comportements optiques originaux. On travaille aujourd’hui à élaborer et caractériser ces empilements.

Modélisation de la photoluminescence en fonction de l’épaisseur pour des multicouches AlN/AlN dopé Er et pour deux différents rapports a dépaisseurs AlN /AlN+Er.