Outils et méthodes
2.3. Caractérisation des cristaux photoniques 39
2.4.2 Les pointes
La pointe est un élément essentiel du microscope optique de champ proche car elle détermine en partie la résolution de l’appareil. En outre dans le cadre de ce travail nous nous sommes intéressés à la nature de la pointe. Nous avons donc comparé deux types de pointes : des pointes en silice et des pointes hybrides silice-silicium. L’avantage du silicium ici est sa transparence dans l’infra-rouge et son indice élevé, proche de celui de l’InP.
Les méthodes de fabrication de ces deux types de pointes sont décrites ici. a) Méthode de fabrication des pointes SiO2
Les pointes sont fabriquées à partir de fibres monomodes à une longueur d’onde 1,5 µm. Pour que les pointes possèdent une bonne résolution, il faut que la taille de l’apex soit du même ordre de grandeur que les détails observés, c’est-à-dire de l’ordre de 100 nm. Une bonne efficacité de collection est également recherchée.
La méthode de production doit donc fournir des pointes reproductibles offrant une bonne résolution et une bonne efficacité de couplage. Une méthode de fabrication adap-tée à notre dispositif expérimental a été développée au laboratoire [67], ce qui est avan-tageux économiquement, mais aussi utile puisque les pointes peuvent être fabriquées à
48 Chapitre 2. Outils et méthodes
Fig. 2.9 – Schéma du montage pour la fabrication des pointes.
la demande. Cette méthode utilise l’attaque chimique par la méthode de Turner.
Les fibres optiques sont dénudées (la gaine protectrice est ôtée) et clivées, avant d’être introduite dans un bain d’acide fluorhydrique (HF) à 40% et de xylène pendant 45 min à 32°C (cf. Fig. 2.9). L’acide permet d’attaquer chimiquement le verre et en formant un ménisque autour de la fibre et au fur et à mesure de la gravure le ménisque diminue puis disparaît quand la pointe n’est plus dans l’acide. Le xylène forme une couche sur l’acide et évite une trop grande évaporation de l’acide et protège le reste de la fibre de l’attaque chimique du HF. L’épaisseur de la couche de xylène permet de jouer sur l’angle du cône en modifiant le ménisque et les tensions de surface entre l’acide, le solvant et la fibre. Nos paramètres aboutissent à une pointe d’angle 30° et de diamètre 200 nm.
Le schéma de la figure 2.9 présente le montage utilisé pour plonger les fibres dans le bécher contenant le HF et le xylène. On peut remarquer que quatre pointes peuvent être fabriquées simultanément. Une fois la gravure terminée les pointes sont plongées dans de l’eau distillée afin d’enlever toute trace d’acide fluorhydrique.
Les pointes peuvent être observées au microscope à contraste de phase. L’observa-tion au microscope optique est réalisée pour chaque pointe dès la fabricaL’observa-tion et avant toute utilisation. Les pointes peuvent également être observées au microscope
élec-2.4. SNOM 49
Fig. 2.10 – Schéma du dispositif utilisé pour le dépôt du silicium sur la pointe.
tronique à balayage si elles sont placées sur un support conducteur mais dans ce cas l’observation est destructive car il faut couper la fibre.
b) Méthode de dépôt de Si sur les pointes SiO2
Les pointes hybrides sont fabriquées à partir de pointes en silice provenant de la méthode de fabrication détaillée dans la section précédente et le dépôt est réalisé en partenariat avec le CEA-INAC. Le silicium est déposé avec une épaisseur contrôlée par la méthode décrite ci-après :
– La pointe est introduite dans un bâti d’évaporation par canon à électrons pour réaliser un dépôt physique en phase vapeur (Physical Vapour Deposition PVD) de silicium.
– Le réglage de la puissance du canon à électron et du temps de dépôt est effectué pour obtenir l’épaisseur désirée.
– L’extrémité de la fibre est maintenue dans le cône d’évaporation, perpendiculaire au flux, avec en plus un mouvement de rotation autour de son axe. Ceci afin d’avoir un dépôt homogène sur toute la surface de la pointe.
La figure 2.10 présente un schéma du dispositif de dépôt de silicium.
Nous avons donc un moyen reproductible de fabrication des pointes en silice et des pointes hybrides afin d’étudier l’influence de la nature de la pointe sur les propriétés des modes optiques de cavités à base de cristaux photoniques.
50 Chapitre 2. Outils et méthodes
2.4.3 Synthèse
Nous avons présenté la configuration du SNOM utilisée, exposé ses caractéristiques et développé la méthode de fabrication des pointes utilisées.
Nous avons mis en évidence que le SNOM est un moyen de caractériser les cristaux photoniques afin de connaître la répartition spatiale du champ électromagnétique dans la cavité. Nous allons également, au cours de ce travail, en utilisant des pointes en silice et hybrides silice-silicium, tenter de comprendre et quantifier l’influence de la nature de la pointe sur les propriétés des modes optiques des cavités.
2.5 Bilan
Nous avons dans cette partie décrit les différents outils théoriques et expérimen-taux qui nous ont permis de réaliser ce travail. Par là-même nous avons développé la procédure utilisée pour concevoir, optimiser, fabriquer et caractériser les structures.
Nous allons maintenant utiliser les outils exposés dans ce chapitre suivant la métho-dologie exposée pour réaliser l’étude de l’influence de la pointe. Nous allons commencer par l’étude théorique, c’est-à-dire la conception et l’optimisation des structures ainsi que l’étude théorique de l’influence de la pointe. Puis nous exposerons les résultats expéri-mentaux associés à cette étude théorique.