Elaboration et structuration des couches minces de matériaux semiconducteurs (ZnO) pour la réalisation des composants photoniques

Abstract

Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à l'élaboration de guides d'ondes optiques planaires en déposant des couches minces de ZnO sur des substrats de faible indice de réfraction par la technique de pulvérisation magnétron RF et la méthode sol gel. Les propriétés structurales, morphologiques, optiques et optique guidante des couches minces élaborées ont été étudiées. La diffraction des rayons X a confirmé la structure hexagonale ZnOWürtzite des films avec une orientation préférentiel selon l'axe c. La caractérisation optique guidante a montré que nos films sont des guides gondes planaires monomodes pour les deux polarisations électriques transversales et magnétiques transversales. Ces guides d'ondes plans ont été utilisés ensuite pour la fabrication de structures photoniques périodiques uni et bidimensionnelles (1D et 2D) (guides d'ondes ruban et réseaux de nano-trous) par la lithographie électronique (EBL) combinée avec la gravure plasma réactif à couplage inductif (ICP/RIE). Nous nous sommes particulièrement intéressés aux conditions de fabrication ; nous avons effectué un test de doses pour déterminer la meilleure dose d'exposition conduisant à des nano structures avec les dimensions souhaitées et une surface lisse sur les couches minces de ZnO. Une dose d'exposition optimale de 275 μC/cm2a permis d’obtenir des réseaux de trous uniformes avec les tailles requises pour les différentes configurations de réseau de trous dans la résine ZEP-520A. Le mélange gazeux CH4/H2 a donné une vitesse de gravure élevée d'environ 94 nm/min et une morphologie de surface lisse dans le cas des guides d'ondes ruban (nano structures 1D). Cependant, la fabrication des réseaux de trous d'air de petit diamètre a montré une déviation par rapport aux dimensions initiales dans la résine.