Comme nous l’avons déjà souligné (§ II.B.3), le remplacement d’une matrice de SiO2 par une de SiN permet de décaler vers le visible, tout en l’exaltant, la réso- nance plasmon de NPs d’argent. C’est ainsi que nous avons implanté des échantillons SiN/Si de deux épaisseurs nominales différentes (65 et 185 nm) afin de pouvoir ob- tenir avec cette nouvelle matrice d’indice plus élevé (n ≈ 2.04), une coïncidence entre la résonance plasmon attendue vers 2,6 eV (Voir § II.B.3) et les ordres m = 0 ou m = 1 d’interférence destructive (Voir équation (I.27)). Nous avons choisi 3 doses d’implantation à une énergie de 20 keV : 1,5 × 1016cm−2 (a), 3 × 1016cm−2 (b) et 4,5 × 1016cm−2 (c). Les courbes de réflectance obtenues sont reportés sur les figures III.12 et III.13. Nous avons également tracé les réflectances de référence mesurées avant implantation.
2 3 4 5 6 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Energie (eV) Réflectance (%) Ref. (c) (b) (a)
Figure III.12 – Réflectance mesurée sur les échantillons de SiN(65 nm)/Si implantés à 20 keV pour les doses (a), (b) et (c).
84 CHAPITRE III. RÉPONSE OPTIQUE ÉLASTIQUE 2 3 4 5 6 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Energie (eV) Réflectance (%) Ref. (c) (b) (a)
Figure III.13 – Réflectance mesurée sur les échantillons de SiN(185 nm)/Si implan- tés à 20 keV pour les doses (a), (b) et (c).
On remarque que pour certains échantillons, la réflectance est quasi nulle à des énergies spécifiques des photons incidents. Ce comportement témoigne ici de l’intérêt supplémentaire d’une matrice de nitrure plutôt que d’oxyde sur un même substrat de Si, puisque la condition d’antireflet peut y être parfaite (Voir § III.A.2.b), et donc le couplage avec un plan de NPs en surface, optimal. En revanche, cette quasi annulation de la réflectance conduit à une divergence du contraste. C’est pour cela que nous avons tracé ici simplement la réflectance différentielle ∆R = R − R0, pour analyser l’évolution de la résonance plasmon avec la quantité d’argent implantée. Ces courbes sont reportées sur les figures III.14 et III.15 et comparées aux différences théoriques calculées à partir de notre modèle.
L’observation des courbes de réflectance permet tout d’abord de confirmer le phénomène de récession de surface déjà observé dans SiO2. Sur ces courbes, le dé- calage en fréquence des pics d’interférence est clairement visible, en particulier dans le cas de la plus grande épaisseur sur la figure III.13. Sur la courbe de référence, ces pics sont visibles aux environs de 2,4 eV, 3,8 eV et 4,9 eV. Après implantation, le décalage de la courbe vers les hautes énergies, et ceci d’autant plus que la dose d’Ag est importante, de (a) vers (c), témoigne de la réduction progressive de l’épaisseur de la matrice diélectrique (Équation (I.27)).
La résonance plasmon est pour sa part observable proche de 2,2 eV, bien que beaucoup plus visible pour l’échantillon le moins épais (Figure III.12) car située sur un minimum de réflectance de la couche non implantée. L’intensité de cette résonance est assez faible pour la dose la plus petite, et beaucoup plus importante pour les deux autres doses, sans pour autant qu’on ne note de différence entre celles- ci. On confirme ainsi la saturation de la dose commentée dans le cas de la matrice de SiO2.
III.B. CONFRONTATION SIMULATIONS/EXPÉRIENCES 85 2 3 4 5 6 −100 −80 −60 −40 −20 0 20 40 60 80 100 Energie (eV) Différence (%) (c) (b) (a)
Figure III.14 – Réflectance différentielle entre les échantillons de 65 nm, implantés et de référence. Les courbes expérimentales sont tracées en noir et les courbes cal- culées en couleurs. Les courbes ont été décalées de 50 % en ordonnées pour plus de clarté. 2 3 4 5 6 −80 −60 −40 −20 0 20 40 60 80 100 Energie (eV) Différence (%) (c) (b) (a)
Figure III.15 – Réflectance différentielle entre les échantillons de 185 nm, implan- tés et de référence. Les courbes expérimentales sont tracées en noir et les courbes calculées en couleurs. Les courbes ont été décalées de 50 % en ordonnées pour plus de clarté.
trice, les simulations de réflectance ont été réalisées en considérant des particules et des récessions de surface identiques. Nous avons uniquement modifié l’épaisseur de matrice considérée dans chacun des cas. Tous les paramètres utilisés sont reportés dans la table III.2. Les valeurs de dose d’argent et du diamètre des NPs confirment
86 CHAPITRE III. RÉPONSE OPTIQUE ÉLASTIQUE
Dose nominale Dose Diamètre Épaisseurs Récession
(1 × 1016cm−2) (1 × 1016cm−2) (nm) (nm) (nm)
(a) 1,5 0,5 2,2 68 & 185 1
(b) 3,0 1,0 4,4 60 & 177 9
(c) 4,5 1,0 4,0 55 & 172 14
Table III.2 – Paramètres utilisés pour la modélisation des courbes de réflectance mesurées sur les échantillons de SiN, et épaisseurs de récession obtenues.
la saturation en dose et les observations faites sur l’évolution des tailles des NPs dans la matrice de SiO2. Les épaisseurs obtenues valident le décalage en fréquence des interférences observées. On note une légère différence entre la valeur nominale de l’épaisseur de nos couches avec la valeur obtenue par réflectance.
Les réflectances différentielles calculées à l’aide de notre modèle ne sont pas aussi fidèles à la réalité que ce que nous avons pu obtenir pour les implantations dans SiO2 : nous arrivons à faire correspondre la partie de basse énergie, mais à mesure que cette énergie augmente, notre modèle s’écarte fortement des données expérimentales. L’erreur est à chercher du côté des indices optiques utilisés pour le nitrure de silicium. En effet, nous avons utilisé les indices optique tabulés ([Polyans- kiy, 2013]) correspondant à du Si3N4, alors que nous ne connaissons pas exactement la stœchiométrie de nos couches. Visiblement, celles-ci sont bien plus absorbantes à partir de 4 eV ce qui fausse les résultats obtenus dans cette gamme énergétique. Malgré ce problème, la modélisation rend une fois de plus bien compte des données expérimentales dans la gamme visible et nous permet de confirmer des observations réalisées en TEM.