Les logiciels d'optimisation de dépôt peuvent faire une partie du travail. Encore faut-il leur fournir un point de départ décent pour l'optimisation. En eet, un miroir chirp comporte typiquement 50-150 couches minces. Or, fournir simplement des cibles de ré ectivité et de GDD ne su sent pas à créer un miroir chirp à partir de zéro. Les logiciels tels que OptiLayer optimisent les épaisseurs de chaque couche et en rajoutent si nécessaire pour converger vers les cibles, mais ils ne parviennent pas à le faire si la conception initiale est trop éloignée de la solution. Pour maximiser nos chances de succès, on a puisé dans l'inventaire de miroirs chirp qu'on avait achetés précédemment de la compagnie Femtolasers. On a mesuré la transmission de chacun des 15 miroirs disponibles. On a identi é six types de miroirs diérents. Un des types de miroirs à exemplaire unique est en fait un miroir concave de 1 m de focale. Ce miroir ne peut être analysé par notre interféromètre en lumière blanche en raison de sa courbure. Il n'est donc généralement pas employé lors d'expériences puisqu'il n'est pas bien caractérisé. Les autres miroirs existent à 5, 5 , 2, 1 et 1 exemplaires. On a analysé les deux types de miroirs les plus fréquents à l'aide d'un microscope électronique à balayage (scanning electron microscope, SEM ) équipé de la technologie de sonde ionique focalisée (focalised ion beam,
platine
substrat (SiO2)
N = 70
2 3 4
Intensité (u. arb.)
(a) (b)
Figure 6.2: [Opérateur du microscope : Daniel Gingras] (a) Vue en coupe d'un miroir chirp commercial de Femtolasers obtenue par SEM. La couche de platine et le substrat sont iden- ti és sur la gure. (b) Pro l d'intensité obtenu en intégrant le contenu de l'encadré montré en (a). Ligne noire : pro l brute. Ligne rouge : pro l moyenné sur 5 points adjacents pour atténuer les uctuations de haute fréquence spatiale. Ligne bleue : position du couperet qui délimite l'épaisseur de chaque couche.
FIB). Une solution de nanoparticules de carbone est d'abord appliquée sur le miroir pour en assurer la conductivité électrique. Le miroir chirp est ensuite xé sur un support dans l'enceinte du microscope, puis l'air en est évacuée. On dépose ensuite une couche de platine à l'aide d'un faisceau moléculaire sur une toute petite partie de l'échantillon. On relie cette couche à la couche de carbone avec du platine. Ces connections servent à assurer une mise à la terre e cace des électrons qui bombardent l'échantillon. L'accumulation de charge dans le diélectrique cause une perte de résolution immense pour ce type de microscope et doit à tout prix être minimisée. La couche de platine a essentiellement deux fonctions. Premièrement, elle minimise l'accumulation de charges. Deuxièmement, elle permet de conserver l'intégrité de la première couche diélectrique sur le dessus de l'échantillon. On peut ensuite procéder à une coupe transversale des couches avec le faisceau d'ions de gallium. Un pro l en escalier est creusé, tel qu'illustré à la g. 6.1(a). La surface de l'échantillon est perpendiculaire au faisceau de gallium pendant cette opération. Les ions de gallium ont su samment de quantité de mouvement pour creuser les couches de manière rectiligne sur plusieurs micromètres. Une 94
Figure 6.3: [Opérateur du microscope : Daniel Gingras] Spectroscopie à rayons X du miroir chirp de la gure précédente. Les pics identi és correspondent à des transitions des couches électroniques internes des divers éléments.
fois cette opération complétée, on incline l'échantillon au maximum pour obtenir le meilleur angle de vue [ g. 6.1(b)] et on produit une image des couches à haute résolution à l'aide des électrons ( g. 6.2). Le microscope électronique à balayage du COPL est également équipé d'un spectromètre à rayons X. Il permet de capter la uorescence caractéristique émise par les diérents états des couches atomiques internes des atomes constituant l'échantillon. Ces pics peuvent souvent être identi és sans ambiguïté. La g.6.3montre le spectre observé avec des électrons de 30 keV pendant un balayage sur toutes les couches. Les éléments Nb, Si et O proviennent des couches diélectriques. Ga provient de la contamination par la technique F IB utilisée pour réaliser cette coupe transversale. Ag est probablement une contamination provenant de la machine à déposition de couche mince utilisée par Femtolasers. Cette mesure con rme donc que les matériaux utilisés pour les couches sont Nb2O5 pour l'indice élevé et
SiO2 pour l'indice bas. Comme le substrat est formé de silice, la première couche déposée sur
celui-ci est forcément composée de Nb2O5. Au total, on compte 70 couches à la g. 6.2(a).
Pour déterminer l'épaisseur des couches à partir de cette image, la meilleure approche consiste à prendre une coupe transversale moyennée sur une certaine largeur de l'image. On trace ensuite le niveau de signal en fonction de l'épaisseur à partir du substrat [ g. 6.2(b)]. Une
4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 1 6 0 0 1 E - 5 1 E - 4 1 E - 3 0 . 0 1 0 . 1 1
( b )
Tr an sm is si on λ ( n m ) M e s u r e F it S E M( a )
6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0 - 6 0 0 - 4 0 0 - 2 0 0 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 λ ( n m ) G D D r ( fs 2 )Figure 6.4: Propriétés du miroir commercial analysé par microscopie électronique à balayage. (a) Transmission. (b) Dispersion du délai de groupe en ré exion à incidence normale. Le décalage en longueur d'onde entre t et mesure est causé par une erreur de calibration des longueurs de l'image SEM.
courbe continue est ainsi obtenue. Il faut ensuite déterminer à quel endroit débute et se termine chaque couche. Pour ce faire, on calcule en temps réel la transmission et la dispersion qu'aurait le design si on coupait les couches à un certain niveau de signal. Le programme qui se trouve à l'annexe B est utilisé pour accomplir cette tâche. Pour la coupe transversale du miroir chirp présentée à la g.6.2(b), les couches sont délimitées par la courbe en trait bleu. Son niveau a été ajusté pour un rapprochement maximal avec les mesures de transmission et de dispersion illustrées aux g.6.4(a)-(b). Les épaisseurs reconstituées des diérentes couches sont présentées à la tab.6.1. Les ts issus des images SEM ne sont pas très précis et dépendent beaucoup du seuil qui délimite les couches. À la g. 6.4, un décalage en fréquence important entre les mesures et les ts est observé. Il peut être expliqué par une erreur de calibration des longueurs dans l'image de SEM. Ces ts permettent néanmoins de fournir de bons points de départ pour l'optimisation à l'aide du logiciel OptiLayer.