7.1 Modélisation des nanogrilles fabriquées
7.1.1 Impact du nitrure de silicium LPCVD
7.1.2 Impact du changement de section . . . 97 7.1.3 Impact du banc optique . . . 100 7.2 Caractérisation de la nanogrille de section 610nm ×500nm103 7.3 Caractérisation de la nanogrille de section 330nm ×
300nm . . . 110 7.4 Conclusion . . . 115
D
ans le chapitre précédent, nous avons décrit le procédé de fabrication des nano-grilles et nous avons fabriqué des échantillons avec des barreaux de différentes sections. Certaines nanogrilles ont pour section 610nm×500nm et d’autres ont pour section 330nm × 300nm. Dans ce chapitre, nous présenterons de nouveaux calculs tenant compte des géométries réelles des nanogrilles et de l’indice mesuré du nitrure de silicium. Nous mesurerons également les spectres de transmission et de réflexion des composants à l’aide du banc présenté au chapitre 3. Nous verrons notamment que la convergence du faisceau doit être prise en compte dans l’interprétation des mesures.7.1 Modélisation des nanogrilles fabriquées
7.1.1 Impact du nitrure de silicium LPCVD
Dans le chapitre 5, nous avions pris comme approximation un indice du nitrure de silicium transparent avec n=2. Nous avons vu dans le chapitre 6 que le nitrure de silicium utilisé avait un indice différent. Dans la figure 7.1, nous traçons l’indice du nitrure de silicium LPCVD déposé qui a été mesuré à l’aide de l’ellispométrie.
La partie réelle est présentée en rouge et la partie imaginaire en bleu. Celle-ci est croissante dans la plage spectrale qui nous intéresse. Par conséquent, l’absorption des nanogrilles sera plus forte aux hautes longueurs d’onde.
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94 Caractérisation des structures nanogrilles
Figure 7.1 – Parties réelle (ligne rouge) et imaginaire (ligne bleue) de l’indice du nitrure de silicium LPCVD
Afin d’évaluer l’impact du nitrure de silicium d’indice complexe, nous avons réalisé de nouvelles modélisations en conservant la géométrie cible : période P=3 µm et section H×L = 500nm×500nm, la figure 7.2 présente les spectres en réflexion. Les spectres sont tracés pour des angles d’incidence deθ= 0◦ à θ= 30◦ avec un pas de 5◦. Sur cette figure est en plus tracée l’enveloppe des maxima de réflexion. L’impact du changement de l’indice du nitrure de silicium est visible dans le maximum de chaque réflexion qui n’atteint plus la réflectivité parfaite. Ce maximum diminue avec l’augmentation de la partie imaginaire du nitrure de silicium LPCVD aux hautes longueurs d’onde. Ce constat est logique car comme pour les barreaux en nitrure de silicium PECVD nous avons vu que l’amplitude de la résonance diminue en présence d’absorption dans les barreaux. Bien que le nitrure de silicium LPCVD ne soit pas complètement non-absorbant, les modélisations prédisent des réflexions importantes entreθ= 0◦ etθ= 30◦ avec une amplitude maximum, Rmax, supérieure à 90%.
Nous avons aussi reproduit les modélisations pour une nanogrille de période P = 3 µm et de section H×L = 300nm×300nm, les résultats sont présentés dans la figure 7.3. Comme pour la figure précédente, les spectres de réflexion sont présentés pour différents angles d’incidence. L’enveloppe des maxima de réflexion est aussi tracée.
La section des nanogrilles étant plus petite, le facteur de qualité de la résonance est plus élevé et donc l’impact de l’absorption du nitrure de silicium est plus important.
Nous allons comparer la détection de la molécule CS selon le nitrure de sili-cium utilisé pour les nanogrilles. Dans la figure 7.4, nous avons modélisé les enve-loppes des maxima de réflexion des nanogrilles avec une période P=3 µm de section 300nm×300nm (lignes bleues) et de section 500nm×500nm (lignes rouges) avec un
7.1 Modélisation des nanogrilles fabriquées 95
Longueur d'onde (µm)
Réflexion
0° 5° 10° 15° 20° 25° 30°
3 3.5 4 4.5 5
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Figure 7.2 – Spectres de réflexion à différents angles d’incidence d’une na-nogrille de section 500nm × 500nm avec un nitrure de silicium LPCVD.
L’enveloppe des maxima de réflexion (Rmax) est aussi tracée.
Longueur d'onde (µm)
Réflexion
0° 5° 10° 15° 20° 25° 30°
3 3.5 4 4.5 5
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Figure 7.3 – Spectres de réflexion à différents angles d’incidence d’une na-nogrille de section 300nm × 300nm avec un nitrure de silicium LPCVD.
L’enveloppe des maxima de réflexion (Rmax) est aussi tracée.
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nitrure de silicium transparent, n=2 (lignes pointillées) et un nitrure de silicium LPCVD (lignes continues) enrobés d’une monocouche de molécules CS.
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Figure 7.4 – Enveloppes des réflexions pour des nanogrilles avec une sec-tion 500nm × 500nm (lignes bleues) ou une section de 300nm × 300nm (lignes rouges) avec des nitrures de silicium transparent (lignes pointillées) et LPCVD (lignes pleines) enrobés d’une monocouche de molécules CS.
Nous constatons à nouveau la pente que produit le nitrure de silicium LPCVD dans les courbes Rmax. Dans ces pentes monotones apparaissent des ruptures en-gendrées par la présence de molécules. Avec un nitrure de silicium non absorbant, nous pouvions facilement évaluer la perturbation en prenant une réflexion parfaite comme référence. Avec le nitrure de silicium LPCVD, nous pouvons chiffrer cette perturbation à l’aide de la monotonie de la pente qui nous sert de référence. Pour la liaison C≡N, la perturbation passe de 0,48% pour une nanogrille de section 500nm
× 500nm avec du nitrure de silicium transparent à 0,31% pour la même section avec du nitrure de silicium LPCVD. Dans le cas de la nanogrille de section 300nm× 300nm, nous avons une perturbation de 2,3% avec du nitrure de silicium transparent et une perturbation de 1,5% avec du nitrure de silicium LPCVD.
Nous pouvons donc conclure que le changement entre un nitrure de silicium transparent et un nitrure de silicium LPCVD soit important quant à la détection des molécules CS. Nous avons une diminution d’environ un tiers de la perturba-tion engendrée par les molécules, bien que le nitrure de silicium LPCVD est très faiblement absorbant avec une partie imaginaire inférieure à 0,006 dans notre zone spectrale. Malgré cela, nous avons des réflexions avec une forte amplitude et en sa-chant que notre banc peut atteindre un rapport signal/bruit inférieur à 0,1%, la molécule CS est encore détectable en particulier pour la section fine.
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