Propriété de réflectivité dans l’IR

Les réseaux de poutres sont analysés par spectroscopie FT-IR et les spectres obtenus pour l’ensemble des réseaux sont présentés dans la suite de cette section.

La Figure 3.11 représente les spectres infrarouges en réflexion en fonction de la longueur d’onde des réseaux de poutres PolySi /SiO2/Si obtenus sur la gamme de longueur d’onde [5-15 µm]. La réflexion est exprimée en pourcentage et est normalisée par la référence qui correspond à un 100% de réflexion.

Figure 3.11 : Spectres Infrarouge R = f(λ) des réseaux de poutres obtenus : réseaux de poutres de 3 µm de large (─) et de 2 µm de large (--) pour une période de 5 µm a) et réseaux de poutres de 5,5 µm pour

une période 10 µm (─) et de 8,25 µm pour une période de 15 µm (--) b).

Les écart-types de faibles amplitudes sur la majeure partie du spectre rendent compte de la reproductibilité de la mesure.

Pour les réseaux de poutres de période 5 µm (Figure 3.11 a)), on constate qu’il y a très peu de différences entre les deux spectres, les différences marquantes se trouvent dans l’intervalle de longueurs d’ondes allant de 6 à 8 µm. La différence ne réside pas dans l’allure du spectre mais dans l’intensité des bandes de réflexion centrées à 6,5 µm, 7 µm, 8 µm et 9 µm. À 6,5 et 8 µm, la réflexion est plus élevée pour L = 2 µm que pour L = 3 µm et inversement pour les bandes situées à 7 et 9 µm. On retrouve également les chutes d’intensité à 9,5 et 12,5 µm dues à la présence du SiO2 (Figure 3.2 au III.1.2).

Si l’on compare ces spectres avec celui d’un matériau PolySi/SiO2/Si non structuré (Figure 3.2 au III.1.2), on peut dire que la structuration divise la bande de réflexion allant de 6,5 µm à 9 µm en quatre bandes confondues et d’intensités plus faibles et qu’elle fait diminuer l’intensité de la réflexion sans changer l’allure du spectre entre 9 et 15 µm. Il semblerait donc que la structuration choisie n’ait de réelle influence que sur l’intervalle [6-9 µm]. La période du réseau étant de 5 µm et les dimensions caractéristiques des poutres de 2 et 3 µm, il est possible qu’il se produise de la diffraction en plus de la réflexion pour des longueurs d’ondes allant de 5 à 9 µm ce qui pourrait expliquer les différences d’intensités plus importantes entre les échantillons dans cette gamme.

Pour les réseaux de poutres de période 10 µm et 15 µm (Figure 3.11 b)), on voit clairement ici une différence entre les spectres en réflexion des deux réseaux de dimensions différentes. Mis à part entre 5 et 6,5 µm et à 10 µm où les allures et les intensités des deux spectres sont identiques, on observe des différences d’allure et / ou d’intensité entre les deux réseaux sur l’ensemble de la gamme spectrale étudiée. On obtient des spectres d’intensités plus élevées pour les réseaux de période de 10 et 15 µm que pour les réseaux de période de 5 µm. L’intensité des spectres est influencée par les dimensions du réseau sur l’ensemble de la gamme spectrale étudiée sauf à 10 µm, où l’ensemble des spectres a strictement la même intensité de réflexion. Pour des longueurs d’onde inférieures à 10 µm, ce sont les réseaux de périodes 10 µm et 15 µm qui se rapproche le plus de notre objectif avec des intensités de réflexion plus élevées tandis qu’au-delà de 10 µm, ce sont les réseaux de poutres de 5 µm de période qui semblent présenter des intensités de réflexion plus importantes.

L’augmentation de la période en conservant un facteur de remplissage (rapport L/P) constant a un effet prononcé sur la réponse optique du réseau particulièrement entre 6,5 et 9,5 µm et entre 11 et 14 µm. Ces résultats permettent de confirmer expérimentalement que les dimensions choisies pour les réseaux ont bien une influence sur leurs propriétés de réflexion dans la gamme spectrale étudiée [5-15 µm]. La comparaison inter-échantillons, réalisée sur les quatre échantillons obtenus pour chaque réseau de poutres de période 5 µm (Figure 3.11 a)), présente des variations d’intensité marquées surtout entre 6 et 9 µm. Il semblerait donc que la largeur des poutres ait d’avantage d’influence sur cette partie du spectre que sur le reste de celui-ci. On obtient une plus grande différence pour L = 2 µm et P = 5 µm qui pourrait s’expliquer par le fait qu’il y ait une plus grande disparité entre les largeurs de poutres des différents échantillons obtenus pour cette dimension.

La comparaison intra-échantillon pour les réseaux de période 5 µm est présentée Figure 3.12.

Figure 3.12 : Comparaison intra-échantillon pour les réseaux de poutres de 3 µm de large (─) et de 2 µm de large (--) pour une période de 5 µm.

Les faibles amplitudes des écart-types montrent que les mesures sont très reproductibles pour un réseau et un échantillon donné.

La comparaison inter et intra-échantillon (Figure 3.13 a) et b)) des réseaux de période 10 et 15 µm montre une bonne reproductibilité des échantillons comme le montre la Figure 3.13 a) où les barres d’erreur sont très faibles pour chacun des réseaux. On a également une bonne reproductibilité des mesures pour un échantillon donné illustrée par les barres d’erreur de faible amplitude pour chacun des réseaux en Figure 3.13 b). La reproductibilité est meilleure pour ces réseaux que pour les réseaux de poutres de période 5 µm (Figure 3.12). Les dimensions étant un peu plus grandes, on se trouve moins proche de la limite de résolution de la lithographie optique ce qui rend un peu plus facile l’obtention des réseaux réduisant les écarts de dimensions (L et P) entre les échantillons. Ces mesures ont été réalisées pour chacun des réseaux sur 2 échantillons différents et ont été reproduites quatre fois.

Figure 3.13 : Comparaison inter-échantillon a) et intra-échantillon b) pour un réseau de poutres de 5,5 µm pour une période de 10 µm (─) et de 8,25 µm pour une période de 15 µm (--).

La caractérisation optique de ces réseaux de poutres nous a permis de valider le protocole expérimental de mesure FT-IR avec une bonne reproductibilité et montre également la robustesse du procédé de fabrication des réseaux de poutres. On peut constater que pour une période de réseau fixe, une variation de la largeur de la poutre autour 1 2⁄ 𝑃 ± 10% n’a que peu d’effet sur les propriétés de réflexion du réseau (Figure 2.12). En revanche, une augmentation franche de la période pour un facteur de remplissage fixe engendre une variation de l’intensité de réflexion (Figure 2.13).