comte-rendu de la reunion c

Ecole Doctorale 352
Physique et Sciences de la Matière
Microfabrication 3D dans le silicium par lasers infrarouges impulsionnels
Laboratoire :
LP3 – Lasers, Plasmas et Procédés Photoniques,
UMR 7341 Aix-Marseille Univ./CNRS
Contact : David GROJO (CNRS)
Adresse: LP3 UMR7341 ; 163 Av. de Luminy – C917 ; 13288 Marseille Cedex 9
Email : [email protected]
Téléphone : +33 (0)6.79.99.33.11
Description du sujet
La fabrication et l’évaluation non-invasive des systèmes à semi-conducteurs s’appuient toujours
aujourd’hui sur des techniques optiques. Néanmoins, comme le silicium et les matériaux semiconducteurs sont opaques de l’UV jusqu’au proche infrarouge, il s’agit de technologies de surface. Le
laboratoire LP3 s’appuie sur les propriétés uniques qui sont associées à l’utilisation d’impulsions laser
infrarouges fortement focalisées pour contourner cette limitation et travailler directement dans le
volume.
Les expériences sont réalisées avec différentes sources lasers délivrant des impulsions de durées
allant de la nanoseconde jusqu’à 50 femtoseconde à des longueurs d’onde supérieures à 1.3 µm
(0.95 eV). A cette longueur d’onde, le silicium - avec une bande interdite de l’ordre de 1.1 eV- est
parfaitement transparent. Lorsque les impulsions sont focalisées à l’intérieur du matériau, l’intensité
au point focal est suffisante pour initier une absorption multiphotonique de la lumière transférant les
électrons de la bande de valence vers la bande de conduction [1]. La nature très fortement nonlinéaire confine la formation du plasma [2] et le dépôt d’énergie dans la région focale. Lorsque des
impulsions femtosecondes sont utilisées, les microplasmas créés permettent de prendre le contrôle
local de la permittivité du silicium sans élévation de température. Un emballement thermique
intervient avec l’utilisation d’impulsions plus longues (nanoseconde) qui permet d’obtenir
localement la modification structurelle des matériaux. Ceci permet alors d’envisager l’intégration
monolithique sur silicium de fonctionnalités optiques, fluidiques et électroniques.
L’étudiant concentrera ses investigations sur la compréhension de la dynamique et des mécanismes
de dépôt d’énergie dans ces régimes. Ce travail s’appuiera sur un dispositif expérimental permettant
de réaliser de la microscopie infrarouge résolue en temps à l’échelle de la femtoseconde à l’intérieur
du silicium. Par des caractérisations ex-situ, la nature des modifications et le contrôle qui pourra être
obtenu en fonction des paramètres lasers seront également analysés pour ensuite aller jusqu’à des
démonstrations de fabrications de microdispositifs photoniques. Un objectif sera de fabriquer le
premier guide d’onde intégré dans le silicium par laser de manière à ouvrir le champ d’application de
la technique aux applications hybrides (électronique et optique) sur silicium et les
télécommunications.
Références bibliographiques
[1] D. Grojo, S. Leyder, P. Delaporte, W. Marine, M. Sentis, O. Utéza, “Long-wavelength multiphoton
ionization inside band-gap materials”, Physical Review B 88 (2013) 195135
[2] A. Mouskeftaras, A. V. Rode, R. Clady, M. Sentis, O. Utéza, and D. Grojo, Self-limited underdense
microplasmas in bulk silicon induced by ultrashort laser pulses, Applied Physics Letters 105 (2014)
191103
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