Décote finale

Finalement, lorsqu’on compare les taux de remplissage codés pour la réalisation du réticule et les taux de remplissage des CRIGFs MIR sur les échantillons finaux, une décote positive apparaît. Les plus faibles décotes se trouvent au niveau du bloc VL4C9 entre 9 et 14% (Tableau 36). Les plus importantes atteignent jusqu’à près de 70%.

Nous disposons donc maintenant pour les futurs réticules d’un abaque nous permettant de prédire les décotes induites pour le procédé complet permettant d’atteindre avec plus de précisions les différents taux de remplissage souhaités.

Bloc VL4C9 VL5C9 VL5C6 Bloc VL4C9 VL5C9 VL5C6

φDBR 0,45 φGC 0,65

φDBR CRIGFs 0,51 0,63 0,76 φGC CRIGFs 0,72 0,77 0,83 Décote totale (%) +13,3 +40,0 +68,9 Décote totale (%) +10,8 +18,5 +27,7

φGC 0,70 φGC 0,75

φGC CRIGFs 0,77 0,83 0,88 φGC CRIGFs 0,82 0,90 0,93 Décote totale (%) +10,0 +18,6 +25,7 Décote totale (%) +9,3 +20,0 +24,0

Tableau 36 : Tableau récapitulant les taux de remplissage des DBRs et des GCs pour les trois blocs (VL4C9, VL5C9, VL5C6) :

ceux codés sur le dessin du masque du réticule (fond gris clair) et ceux mesurés sur les échantillons finaux (fond violet clair). Ces mesures ont pu permettre également de se rendre compte qu’une large gamme de taux de remplissage est possible pour les GCs via le procédé mis en place. Grâce à ces trois blocs, des GCs

Figure 169 : Courbes représentant l’évolution du taux de remplissage des réseaux résonant GC (φGC) au cours des

différentes étapes du procédé de fabrication des CRIGFs pour plusieurs φGC initialement codés pour la fabrication du

réticule (φGC=[0,65, 0,70, 0,75, 0,80]). Le tableau récapitule les valeurs des taux de remplissage mesurés La croix noire

représente la valeur ciblée sur l’échantillon pour φGC. Les courbes pleines représentent les paramètres d’insolation où le

rendement des CRIGFs dans les échantillons finaux a été le meilleur. Les courbes en pointillées correspondent à d’autres paramètres d’insolation mais qui permette d’obtenir des rendements acceptables.

Figure 170 : Courbes représentant l’évolution du taux de remplissage des réflecteurs de Bragg (φDBR) au cours des

différentes étapes du procédé de fabrication des CRIGFs pour plusieurs φDBR initialement codés pour la fabrication du

réticule (φDBR = [0,35, 0,45]). Le tableau récapitule les valeurs des taux de remplissage mesurés La croix noire représente la

valeur ciblée sur l’échantillon pour φDBR. Les courbes pleines représentent les paramètres d’insolation où le rendement des

CRIGFs dans les échantillons finaux a été le meilleur. Les courbes en pointillées correspondent à d’autres paramètres d’insolation mais qui permette d’obtenir des rendements acceptables.

suffisante mais qui est séquentielle et donc lente pour de telles surfaces de composant. En outre, les CRIGFs sont souvent réalisés sur des substrats isolants, ce qui complexifie encore plus l’utilisation de cette lithographie.

Lors de cette thèse, un procédé de fabrication des CRIGFs a été développé à partir de la lithographie par nanoimpression via moule souple (SNIL). Cette technologie collective et à haut rendement contourne les inconvénients et garde les avantages de la traditionnelle lithographie électronique. Elle permet de fabriquer des motifs nanométriques par simple pressage d’un moule souple sur une couche de résine de polymères sous insolation d’ultraviolets. Après avoir stabilisé le procédé et établi les limites de la technologie, de nombreux filtres CRIGFs ont ainsi été créés. Ils présentent des résultats optiques équivalents dans le proche infrarouge (NIR) à ceux fabriqués par lithographie électronique.

Dans un deuxième temps, le caractère générique du procédé mis en place a été démontré de plusieurs façons. Premièrement, nous avons montré qu’il était possible à l’aide de celui-ci de dépasser les compromis usuels de conception en structurant directement le guide d’onde, qui sera ensuite ré-encapsulé. Deuxièmement, nous avons montré que ce même procédé pouvait être directement transféré pour réaliser des filtres CRIGF dans la gamme du moyen infrarouge, bien que les filtres soient alors réalisés sur un matériau cristallin III-V et présentent des dimensions micrométriques plutôt que nanométriques.

Enfin, nous avons démontré la grande souplesse et stabilité du procédé en l’utilisant pour explorer différentes géométries potentiellement intéressantes de cette nouvelle famille de filtres optiques nanostructurés. Nous avons notamment étudié des CRIGFs comportant un gradient de période qui ont permis pour la première fois d’obtenir un filtre CRIGF accordable. Pour finir, nous nous sommes attachés à étudier le potentiel de réalisation de filtres CRIGFs plus complexes et présentant plusieurs niveaux de corrugation.

Title: Nanoimprint lithography for cavity resonator integrated grating filters

Abstract

Cavity resonator integrated grating filters (CRIGFs) are a new generation of nanostructured reflective filters. They present a strong interest for many applications. However, their manufacturing is relatively complex: CRIGFs are components structured at small scales compared to the wavelength of interest but on a relatively large area. They are usually made by electron beam lithography technique which presents a sufficient resolution but does not allow parallel patterning and is thereby time consuming for large area components. Furthermore, CRIGFs are often fabricated on insulating wafers which make the e-beam lithography process more complicated.

In this PhD, a CRIGF process manufacturing has been implemented through soft mold nanoimprint lithography (SNIL). This high throughput collective technology keeps the benefits of the traditional electron beam lithography while overcoming its limits. Nano-scale patterns can be made by a simple stamping under UV exposure of a soft mold on a polymer resist layer. After stabilizing the process and assessing the technique limits, plenty of CRIGFs have been manufactured. They exhibit optical performances in the near-infrared range equivalent to those manufactured by e-beam lithography.

Secondly, it has been demonstrated that the implemented process is generic. We have shown the possibility to overcome the usual design trade-offs by structuring directly the waveguide, before embedding. Moreover, this same process has been shown to be applied in a straightforward way to fabricate CRIGFS in the mid-infrared range using a III-V crystalline material and micrometric sized patterns.

Finally, we have demonstrated the great flexibility and sustainability of the process by testing different potential geometries of CRIGFs. Notably, we have designed a CRIGF with a period gradient leading to the first tunable CRIGF ever demonstrated. Lastly, we have evaluated the potential manufacturing of complex CRIGFs with several corrugation levels.