Soutenance de thèse de Charles MOISSET

Ecole Doctorale
Physique et Sciences de la Matière
Spécialité
PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : OPTIQUE, PHOTONIQUE ET TRAITEMENT D'IMAGE
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
super-resolution,nano-photoinscription,chalcogénures,laser,non-linéaire,composants photoniques
Keywords
super-resolution,nano-photoinscription,chalcogenides,laser,nonlinear,photonic devices
Titre de thèse
Etudes des propriétés optiques de chalcogénures en couches minces pour la photo-inscription super-résolue par processus non-linéaires
Study of optical properties of thin film chalcogenides for super-resolved photo-inscription by nonlinear proceses
Date
Jeudi 21 Novembre 2019 à 10:30
Adresse
Avenue Escadrille Normandie Niémen 13013 Marseille
amphitéatre Ponte
Jury
Directeur de these M. Jean-Yves NATOLI Aix Marseille Université
Rapporteur M. Bouchta SAHRAOUI Université Angers
Rapporteur M. Lionel CANIONI Université de Bordeaux
Examinateur Mme Nathalie DESTOUCHES Université Jean Monnet Saint-Etienne
Examinateur M. Stelios COURIS University of Patras
Examinateur M. Julien LUMEAU Aix-Marseille Université
CoDirecteur de these M. Konstantinos ILIOPOULOS Aix-Marseille Université

Résumé de la thèse

De nos jours, la nano-structuration par voie laser représente un enjeu important pour les dispositifs à forte intégration. Un moyen pour améliorer la résolution lors de la structuration par laser est d’utiliser les effets optiques non-linéaires, en particulier l’absorption saturable. Cette thèse détaille le développement d’un masque de super-résolution en chalcogénure (Sb2Te3) pour la structuration à une échelle sub-micrométrique. Afin d’obtenir la super-résolution, une couche mince de Sb2Te3 est déposée sur une couche mince d’inscription. Un contrôle de la cristallisation par XRD des couches minces de Sb2Te3 après recuit classique et laser du chalcogénure, a permis d’obtenir une réponse optique non-linéaire optimale. La technique Z-scan, développée pour l’étude, a permis la quantification des propriétés optiques non-linéaires du matériau d’étude en régime femtoseconde et nanoseconde, dans le visible et l’infrarouge. Deux modèles ont été utilisés pour déterminer les paramètres optiques non-linéaires. L’efficacité du masque de Sb2Te3, pour la super-résolution a été caractérisée sous irradiation femtoseconde. Deux régimes de modification ont été mis en évidence, l’un réversible et l’autre non réversible, donnant respectivement une réduction de la taille du faisceau de l’ordre de 25% et 35%. La structure de l’empilement Sb2Te3/couche d’inscription, impose des mesures de tenue au flux laser des matériaux, afin de s’assurer de leurs compatibilités. Enfin un banc d’inscription laser directe a été développé, des premiers résultats sans masque, ont été obtenus. Nos estimations basées sur les résultats de la thèse, permettent d’envisager des tailles d’inscription inférieures à 50 nm avec le masque, sous irradiation UV.

Thesis resume

Nowadays, the laser nano-patterning is of great importance for highly integrated systems. The resolution of the laser patterning can be improved by employing nonlinear optical effects, as for example the saturable absorption. This thesis details the preparation of a super-resolution mask based on a chalcogenide material (Sb2Te3), which can offer a sub-wavelength patterning. In order to obtain that, a thin Sb2Te3 film is deposited on a thin inscription layer. The crystallization obtained by laser and oven annealing has been controlled by XRD measurements and resulted to an optimal nonlinear optical response. The Z-scan technique, developed for the study, allowed us to quantify the mask’s nonlinear optical properties, under femtosecond and nanosecond irradiation (visible and infrared). Two theoretical models have been used to determine the nonlinear optical properties. The Sb2Te3 mask efficiency has been investigated under femtosecond irradiation. Two different modification regimes have been identified, one reversible, the other non-reversible, resulting to a beam size reduction of about 25% and 35%, respectively. The employed multilayer structure (Sb2Te3/inscription layer), has required a determination of the laser flux resistivity of the materials used for both layers, to assure their compatibility. Finally, a direct laser inscription technique has been built. By means of this technique, inscriptions without a mask have been performed. Based on the results obtained in this thesis, spots smaller than 50 nm can be obtained by using the mask, under UV irradiation.