Espace Photonique - Plateforme de Couches Minces Optiques

Accueil › Partenariats › Espace Photonique - Plateforme de Couches Minces Optiques


Nous pouvons répondre à vos besoins en termes de dépôt de couches minces optiques, de réalisation de filtres optiques interférentiels, de mesures de propriétés optiques (transmission, réflexion) et de caractérisation de surfaces (écart à la planéité, rugosité)

Contact : Julien Lumeau


L’Espace Photonique est une plateforme technologique consacrée à l’Optique et la Photonique expérimentale.
Il s’agit d’un espace unique en France pour la réalisation de composants à base de couches minces optiques. Il comprend en particulier un ensemble de 250 m² de salles blanches (classe 10.000) et grises (classe 100.000) dédiées à la fabrication et à la caractérisation de filtres optiques interférentiels.

1. Préparation des substrats avant dépôt

L’Espace Photonique possède une machine de nettoyage automatisée (SIEM TCA 90) permettant un nettoyage reproductible et d’excellente qualité des substrats avant dépôt. Cette étape est cruciale d’une part pour l’adhésion des couches qui seront déposées et d’autre part pour la cosmétique finale des composants fabriqués, en particulier pour les applications spatiales ou de lasers de puissance.


Caractéristiques principales SIEM TCA 90 :
• 3 modules lessiviels (acides ou bases) avec agitation par ultrasons
• 2 modules de rinçage en eau
• 2 modules en eau désionisée (lavage et rinçage)
• 1 module de séchage air-chaud (lift-out)
• 1 module d’attente


2. Technologies de dépôt

L’Espace Photonique possède 5 machines de dépôt physique en phase vapeur. Trois sont basées sur le principe de d’évaporation par canons à électrons et deux sur le principe de pulvérisations (ionique ou cathodique magnétron).
Notre machine HELIOS de dépôt par pulvérisation cathodique magnétron assistée par plasma (Bühler-Leybold Optics) acquise fin 2012 est, à ce jour, la seule machine de ce type installée en France. Elle est parfaitement adaptée à la réalisation de composants complexes à très grand nombre de couches. A ce jour nous avons démontré des composants constitués de plus de 300 couches ( 150/face) et dont les épaisseurs totales des dépôts par face peuvent excéder 25 µm. La gamme de longueurs d’ondes d’applications se situe entre 350 and 2500 nm. Cette machine a été récemment utilisée pour la réalisation de composants pour le spatial ou pour des miroirs à hautes performances.

Caractéristiques principales HELIOS :
• 12 Porte-échantillons phi 100 mm dont 1 pour le contrôle optique
• Rotation du plateau à 240 tr.min-1
• SAS d’introduction
• 4 zones de traitement :
- 1 source plasma d’assistance
- 2 sources de pulvérisation magnetron MF (dépôts de matériaux diélectriques)
- 1 source de pulvérisation DC (dépôts de matériaux métalliques)
• Dépôt monitoré en temps réel par contrôle optique monochromatique (mesure en transmission)
• Cibles disponibles : Si, Nb, Hf, Ta, Ag, Cr
• Gaz disponibles : Ar, O2, N2

L’Espace Photonique inclut également une machine de dépôt par évaporation par canons à électrons assistée par plasma (source APS), machine Bühler SYRUSpro 710 acquise en 2015. Cette machine permet la réalisation de filtres optiques interférentiels multicouches et en particulier spatialement structurés. Cette machine est à ce jour utilisée par exemple pour le développement de filtres pixélisés (matrices de micro-filtres constitués d’une cinquantaine de couches chacun - CNES), le dépôt de composants métal-diélectriques colorimétriques sur divers substrats (organiques et inorganiques) ou la démonstration de métamatériaux.


Caractéristiques principales SYRUSpro 710 :
• 20 Porte-échantillons phi 100 mm
• Masque d’uniformité permettant une uniformité meilleure que 1%.
• 3 zones de traitement :
- 1 source plasma d’assistance
- 2 canons à électrons (dépôts de matériaux diélectriques et métaux)
• Dépôt monitoré en temps réel par contrôle optique monochromatique (mesure en transmission)
• Matériaux disponibles : SiO2, Nb2O5, Ag, Au, Cu… (liste non exhaustive)





Nous disposons également d’une machine de dépôt par pulvérisation ionique assistée par canon à ions (DIBS) produite par la société Teer-Coatings. Cette machine acquise au début des années 2000 permet la réalisation de couches minces optiques avec une excellente stabilité des vitesses de dépôt. De ce fait, cette machine est en particulier utilisée à ce jour pour le développement de nouvelles méthodes de contrôle optique in-situ. Depuis son acquisition, il a en outre été utilisé pour la réalisation de filtres linéairement variables.

Enfin, l’Espace Photonique possède 2 machines de dépôt par canons à électrons de chez Balzers : une BAK 600, dépôt sans assistance, et une BAK 750, dépôt assisté par canon à ions (IAD). Ces machines sont actuellement utilisées pour le développement de couches pour l’infrarouge, et en particulier de nouveaux matériaux non-oxydes du type verres de chalcogénures pour la réalisation de composants optiques innovants.










3. Système de caractérisation des composants

La plateforme dispose d’une salle de caractérisation regroupant l’ensemble des moyens permettant de caractériser les propriétés optiques et géométriques de filtres optiques interférentiels à l’aide de 2 spectromètres :
• spectrophotomètre Perkin Elmer Lambda 1050 permettant de réaliser des mesures en transmission (module T) et en réflexion absolue (module URA et 8RT) dans une gamme spectrale comprise entre 200 et 3200 nm et pour une gamme angulaire comprise entre 8 et 70°.
• spectrophotomètre par transformée de Fourier (FTIR), Thermo Fischer Nicolet 6700, permettant de réaliser des mesures de transmission et de réflexion dans une gamme spectrale comprise entre 2,5 et 20 µm.

L’Espace Photonique inclut également 2 instruments permettant de réaliser des mesures spectrales non conventionnelles.
- un système de faibles mesures de pertes du type Novawave LossPro basé sur le principe de Cavity Ring Down Spectroscopy (CRDS) permettant notamment la caractérisation des miroirs à haute réflectivité.
- un système développé en interne permettant de réaliser des cartographies de la réponse spectrale locale d’un filtre de par sa surface. Ces mesures permettent ensuite d’extraire l’uniformité du dépôt et de la fonction du composant réalisé.
Exemple de cartographie de la longueur d'onde de centrage d'un filtre passe-bande réalisé à l'aide de la machine HELIOS

L’Espace Photonique inclut enfin un système interférométrique de contrôle de forme (ZYGO Newview 7300) qui permet de réaliser des mesures de planéité et de rugosité des composants réalisés.
Le système comprend :
• 3 objectifs de microscope (1X, 10X, 100X)
• 2 zooms (0,5X et 1X)
• Un support d’échantillons motorisé selon 4 axes (± 75 mm selon XY, ± 4° en tip/tilt)
• Un système de stitching
Exemple de mesure de planéité (gauche) et de rugosité (droite) mesurées à l'aide du Zygo Newview 7300