Dans les domaines de l'optique et de l'électronique, la fabrication de structures nano et microscopiques organisées nécessitent l'utilisation de méthodes coûteuses d'un point de vue énergétique mais aussi de temps de travail et de quantité de matériel : dans la plupart des cas, les structures sont fabriquées par le biais de photo-lithographie, de gravure, et de FIB (sonde ionique focalisée) sur des matériaux tels que le silicium. Ces méthodes, bien que très utilisées et maîtrisées, produisent des structures dont la surface possède une certaine rugosité causée par le processus de gravure. Une alternative, plus simple et moins coûteuse, se trouve dans l'exploitation du phénomène de démouillage qui peut se définir comme étant une diffusion de la matière gouvernée par des forces interfaciales tentant de réduire la surface entre deux matériaux. En plus des effets décrits ci-après, le démouillage permet d'obtenir une réduction de la rugosité de la surface ; propriété très importante pour une application optique. Le phénomène de démouillage est bien connu dans la littérature et particulièrement dans le domaine des recouvrements polymériques (peintures, traitements de surface, etc.) puisqu'il s'agit d'un e et néfaste causant une réduction de la surface de la couche polymérique appliquée sur un matériau (décollement, formation de gouttelettes, etc.). Mais lorsque ce phénomène est contrôlé et appliqué aux couches-minces, il peut s'avérer très intéressant pour la fabrication de structures à l'échelle microscopique voire nanoscopique. De nos jours il existe plusieurs exemples de couches-minces polymériques ayant subit un démouillage contrôlé pour des applications telles que le développement de surfaces anti-réflectives. De même, le démouillage a été appliqué à des couches-minces métalliques pour former des structures possédant des propriétés plasmoniques (Au, Ag) ou magnétiques (FePt). L'application du démouillage aux systèmes vitreux reste cependant peu développée, mais possède d'attrayantes propriétés, particulièrement pour les verres de chalcogénures. Dans cette thèse, nous discutons des différents types de démouillages appliqués aux couches minces de verres de chalcogénures, et plus particulièrement au système Agx(As20S80)100-x. L'avantage de ce système réside dans sa bonne transmission dans l'infrarouge proche et moyen, permettant ainsi de possibles applications dans cette région sous formes de guides d'ondes, résonateurs, etc. Deux méthodes de démouillages sont étudiées : la première, thermique ; la deuxième, photoII induite. Pour le démouillage induit thermiquement, les couches-minces doivent subir un traitement thermique à des températures supérieures à la température de transition vitreuse du verre a n d'obtenir une viscosité suffisamment faible pour que la tension interfaciale entre la couche-mince et le substrat cause le démouillage de l'échantillon. Cette méthode permet l'obtention de structures circulaires quasiment hémisphériques dont la taille et la forme sont contrôlables par changement de la composition chimique et des paramètres thermiques. Pour le démouillage photo-induit, nous avons utilisé différents lasers à ondes entretenues (CW) dont les longueurs d'onde d'émission sont proches de celles des bandes interdites des différentes couches-minces. Le démouillage ainsi causé par l'irradiation laser est différent du démouillage induit thermiquement. L'exposition au faisceau laser va créer des structures démouillées linéairement et de manière perpendiculaire au champs électrique du faisceau incident. En plus du phénomène de démouillage, lorsque la couche-mince est irradiée par un faisceau laser de longueur d'onde proche de celle de la bande interdite, il apparaît un processus photoanisotropique de biréfringence. Nous avons étudié l'impact des différents paramètres liés au faisceau laser tels que la densité de puissance et le temps d'exposition. Ce processus est indépendant du démouillage et va apparaître avant celui-ci. / The fabrication of self-assembled nano and microscopic structures has been of great interest in the past decades, mainly for the production of optical devices. The methods of fabrication are based on photo-lithography, liquid and/or gas etching, and focused ion beam (FIB). Those methods are costly and time consuming and might create poor surface quality. In this thesis, we present an alternative method of fabrication based on the dewetting phenomenon. It is de ned as the di usion of matter driven by interfacial forces and a reduction of the shared area between two materials. One interesting property of this process is a decrease in surface roughness leading to good optical quality. The dewetting phenomenon is well reported for polymeric lms as well as metallic thin- lms. In the case of polymeric materials, dewetting can be used for the formation of nano and micro-structures, for example, the fabrication of anti-re ective surfaces. For metallic materials, plasmonic (Au, Ag) and magnetic (FePt) structures can be produced on the surface of metallic thin- lms. However, for glassy thin- lms, dewetting is still in its early stages. In this thesis, we will explore di erent types of dewetting on chalcogenide glassy thin- lms of the Agx(As20S80)100-x system. An interesting property of the prepared thin- lms is their transparency in the infrared region allowing promising applications such as waveguides and resonators. Two distinct approaches are studied in this thesis: the rst one is a thermally-induced process; the second one is based on photo-induced e ects. For thermal dewetting, glassy thin- lms must undergo thermal treatments above the glass transition temperature (Tg) in order to decrease the viscosity until interfacial tensions between the lm and its substrate are high enough to induce dewetting. With this technique, we can obtain quasi-hemispherical structures whose shape and size can be controlled by varying chemical composition and thermal parameters (temperature, time, atmosphere, etc.). For laser-induced dewetting, we use a continuous wave (CW) laser whose wavelength must be near the bandgap of the material. Laser-induced dewetted structures are very di erent from their thermal counterparts: instead of being worm-like or hemispherical, they auto-organise in parallel lines, separated by a distance proportional to the initial thickness of the lm. IV Furthermore, structures are always perpendicular to the electric eld of the incident laser beam. Additionally, when thin- lms are exposed to a laser irradiation of near-bandgap energy, a photo-anisotropic process of birefringence appears. We have reported the e ect of di erent laser parameters such as power density and exposure time. This process of photo-birefringence is independant and appears before dewetting.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/66901 |
| Date | 31 January 2021 |
| Creators | Douaud, Alexandre |
| Contributors | Messaddeq, Younès |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | thèse de doctorat, COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xxi, 98 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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