Recherche

L’équipe étudie les phénomènes ayant lieu aux interfaces des matériaux multicouches. Plus particulièrement, elle s’intéresse aux miroirs interférentiels multicouches, constitués d’empilement périodique de couches minces. Ces structures sont utilisées comme composants optiques dans les domaines extrême UV et X pour d’importantes applications : photolithographie à 13 nm, imagerie spatiale, lignes de lumière synchrotron, sources X-UV classiques et de nouvelle génération, … Leurs propriétés, réflectance et bande passante, dépendent en grande partie de la qualité de leurs interfaces.

Pour mener à bien cet objectif nous mettons en œuvre les équipements mi-lourds de l’équipe :
- un spectromètre d’émission X à haute résolution permettant de déterminer l’état chimique des atomes présents aux interfaces des multicouches ;
- un spectro-goniomètre mesurant la réflectivité dans le domaine des rayons X mous.
Ainsi nous pouvons corréler les propriétés interfaciales aux propriétés optiques des multicouches. Cela permet de comprendre les mécanismes responsables de la dégradation des propriétés optiques et de concevoir de nouvelles multicouches aux performances accrues.
Les collaborations nationales et internationales nous permettent d’avoir accès à des moyens optimisés de dépôts de films minces et aussi à des techniques supplémentaires de caractérisation des interfaces ou des propriétés optiques. Nos principales collaborations en France impliquent :
- le laboratoire Charles Fabry de l’Institut d’Optique à Palaiseau ;
- l’Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasboug ;
- le Laboratoire de physicochimie des surfaces de l’ENSCP à Paris.
Nos principales collaborations internationales se déroulent avec :
- l’Institute of Precision Optical Engineering de l’Université Tongji à Shanghai en Chine ;
- l’équipe de la ligne BEAR du centre synchrotron Elettra en Italie ;
- le Department of Mining and Materials Engineering de l’Université McGill à Montréal au Canada.

Les principaux résultats concernent la compréhension de la relation entre les phénomènes interfaciaux et la réflectivité. Ainsi nous avons montré qu’en employant notre méthodologie non-destructive nous pouvions obtenir une description fiable des structures multicouches, c’est-à-dire tenant compte de l’épaisseur et la composition d’éventuelles d’interphases. Cette description est à la base des ajustements de courbes de réflectivité et permet d’élaborer des multicouches aux propriétés optimisées. Ainsi nous avons pu :
- développer les multicouches Mg/Co, fonctionnant autour de 25 nm, et présentant des interfaces abruptes à l’échelle du plan atomique ;
- développer les multicouches Al/SiC qui ont une réflectance record, au-dessus de 50%, autour de 17 nm ;
- étudier la stabilité thermique des deux précédents systèmes en fonction de recuits jusqu’à 500°C et comprendre les mécanismes – développement de la rugosité interfaciale et/ou de composés interfaciaux – conduisant à la dégradation des propriétés optiques ;
- introduire dans les deux précédents systèmes bi-couche une troisième couche d’un matériau, pouvant posséder à la fois la propriété de barrière contre l’interdiffusion et d’augmentation du pouvoir réflecteur de l’empilement ;
- vérifier la pertinence de notre méthodologie dans le cas des multicouches métal/métal ;
- vérifier les conclusions déduites de notre méthodologie en les comparant avec celles obtenues par des techniques destructives telles que le spectroscopie de masse d’ions secondaires ou la microscopie électronique en transmission sur coupes transverses ;
- généraliser notre méthodologie à l’étude des systèmes Co/Si, Sc/Si, Mg/SiC, Ni/Al, …

Par ailleurs, nous continuons une activité instrumentale en mettant au point :
- de nouveaux éléments dispersifs à haute résolution spectrale en gravant des multicouches périodiques selon le profil d’un réseau lamellaire ;
- un nouveau détecteur « low cost » pour les domaines de l’extrême UV et des rayons X mous ;
- une nouvelle source de rayonnement dans le cadre du projet ANR TPLUS, « Tunable Parametric Laboratory UV Source ».

L’équipe développe aussi des codes de calcul permettant de simuler les performances de ses instruments, en particulier les nouveaux éléments dispersifs à haute résolution et la source TPLUS, et aussi d’interpréter différents phénomènes qu’elle a mis en évidence (effet Bragg-Raman X et effet Purcell dans une structure multicouche).

Equipements mi-lourds

IRIS : Instrument de Recherche sur les Interfaces et Surfaces

Cet appareillage permet d'analyser les rayons X produit par un échantillon soumis à un bombardement électronique. L'analyse des rayons X renseigne sur l'environnement physico-chimique (type de liaison chimique, nature des atomes voisins, phase cristalline, présence de défauts, ...) des atomes émetteurs. En choisissant convenablement l'énergie des électrons incidents, il est possible d'obtenir cette information physico-chimique dans l'échantillon massif, à sa surface ou bien à une interfacesolide-solide (lieu de contact entre deux solides).

Instrument for Research on Interfaces and Surfaces (IRIS), C. Bonnelle, F. Vergand, P. Jonnard, J.-M. André, P. Avila, P. Chargelègue, M.-F. Fontaine, D. Laporte, P. Paquier, A. Ringuenet, B. Rodriguez
Rev. Sci. Instrum. 65, 3466-3471 (1994) (http://dx.doi.org/10.1063/1.1144524)

MONOX: spectrogoniomètre pour le rayonnement X mou et extrême UV

L'appareil comprend une source de rayons X constituée d’un tube à rayons X classique, un monochromateur de type "double-cristaux" équipé de miroirs multicouches ou de cristaux et un goniomètre θ-2θ. Il permet des mesures de pouvoir réflecteur et de diffusion de dispositifs optiques, en particulier miroirs et réseaux multicouches. Il est aussi destiné à la caractérisation de nouvelles sources et détecteurs X-UV. L'appareil peut aussi être utilisé comme spectromètre à cristal plan si l'anode est remplacée par l'échantillon à analyser.

MONOX : a characterization tool for the X-UV range, J.-M. André, A. Avila, R. Barchewitz, R. Benbalagh, R. Delaunay, D. Druart, P. Jonnard, H. Ringuenet
Eur. Phys. J. Appl. Phys. 31, 147-152 (2005) (http://dx.doi.org/10.1051/epjap:2005047)