Elaboration de nouveaux traitements optiques

Offre de stage
« Elaboration de nouveaux traitements optiques hautes performances
grâce à l’utilisation de la croissance en incidence oblique »
Durée 6 mois, dates : de mi-mars à mi-septembre
Rémunération : 1200€ net/mois
Ce projet de recherche s’inscrit dans un contexte d’amélioration des traitements optiques
utilisés sur des dispositifs optroniques de Sagem, notamment les traitements anti-reflets très basse
réflectivité. L’utilisation de nouveaux détecteurs (ex : détecteur visible très bas niveau de lumière,
détecteur IR non-refroidi..) nécessite une amélioration significative des performances de ces
traitements.
L’état de l’Art dans le domaine des très basses réflectivités montre qu’aucun traitement
optique ne répond réellement aux critères de performance demandés sur les gammes de longueur
d’onde considérées, et ce principalement à cause de la difficulté d’obtenir de très faibles indices
optiques. Le très haut degré de performance optique visé est aujourd’hui un verrou technologique
important qui ne pourra être levé qu’au prix d’une recherche poussée dans la conception et la
fabrication de nouveaux designs optiques. C’est pourquoi une collaboration scientifique a été mise en
place entre Sagem et l’Institut Pprime de Poitiers.
Depuis 20 ans, de nombreux travaux de recherches ont porté sur la croissance de films minces
nanostructurés, mais ce n’est que ces dernières années qu’une application optique a été envisagée. Des
travaux [1-3] ont montré la possibilité de réaliser un empilement anti-reflet ultra-performant en
utilisant la croissance en incidence rasante appelée GLAD pour “GLancing Angle Deposition” mais, à
l’heure actuelle, ce mode de croissance n’est pas utilisé dans l’industrie optique.
La croissance maîtrisée de nanostructures permet de contrôler l’indice optique via le contrôle
de la densité. Ceci permet d’obtenir des indices beaucoup plus favorables et un indice optique de 1,08
à 632 nm a, par exemple, été obtenu pour un film de MgF2 (1,38 couramment). Maîtriser ce mode
d’élaboration permettrait ainsi de pouvoir moduler à souhait l’indice optique des couches déposées, ce
qui permettrait une augmentation significative des performances des traitements optiques en vue de
leur utilisation sur les futurs dispositifs optroniques de Sagem que ce soit dans le visible ou dans l’IR.
Plan de développement
Les réunions préliminaires en présence de membres de l’équipe “Films Minces et Matériaux
Nanostructurés ” de l’Institut Pprime (UPR 3346 CNRS - Université de Poitiers, Département de
Physique et Mécanique des Matériaux) ont permis de dessiner les contours du projet. Deux actions de
développement seront menées en parallèle portant sur des dépôts obtenus par évaporation et
pulvérisation par faisceau d’ions :
- Au Centre d’Excellence Industriel - Equipements Optroniques (CEI-EO, Poitiers), l’étude
sera menée sur un bâti d’évaporation (B16, couramment utilisé pour le dépôt d’oxydes ; et/ou bâti B7
attribué à des activités de R&T / R&D). A l’heure actuelle, il n’est pas possible d’incliner et de
contrôler l’inclinaison du porte-échantillon en cours de dépôt. L’achat ou le développement d’un
dispositif adapté est envisagé.
- A l’Institut P’, un bâti de dépôt par pulvérisation par faisceau d’ions et équipé d’un portesubstrat inclinable en cours de dépôt sera utilisé. Ce bâti est à l’heure actuelle utilisé dans le cadre
d’une thèse CIFRE Sagem-Institut Pprime pour l’élaboration d’un oxyde transparent conducteur par la
technique GLAD.
Quel que soit le site et le bâti utilisé, des dépôts seront dans un premier temps réalisés en
monocouche afin de maîtriser la croissance de structures colonnaires par les deux voies d’élaboration.
Dans le but d’optimiser les propriétés et donc les performances, des analyses physico-chimiques seront
menées au sein de l’Institut Pprime (ellipsométrie et spectrophotométrie pour les propriétés optiques ;
imagerie MEB-FEG pour la morphologie des films déposés ; diffraction des rayons-X pour la
microstructure…). L’étudiant se servira de travaux antérieurs menés depuis 2012.
Une fois l’indice des monocouches poreuses contrôlé, une approche théorique sera envisagée
visant à déterminer à l’aide du logiciel Essential MacLeod un empilement simple (bicouche dans un
premier temps) permettant d’accéder à des antireflets aux performances théoriques pré-déterminées.
L’étude consistera ensuite à élaborer un échantillon correspondant à cet empilement et à confronter
son niveau de performance optique à celui attendu. Une fois cette étude exploratoire effectuée, des
profils d’indice plus complexes et plus performants pourront être envisagés (multicouche, voire
gradient d’indice). Un protocole de mesure particulier devra probablement être mis en place afin de
mesurer de manière précise et reproductible le très bas niveau de signal réfléchi.
D’une manière générale, ce travail devra permettre de mieux appréhender et mieux maîtriser
ce nouveau mode de croissance qui pourraient par la suite être utilisé sur d’autres dispositifs réalisés
au pôle Couches Minces du CEI-EO, notamment les filtres interférentiels hautes performances.
Profil recherché
Etudiant en 2ème année de Master ou dernière année d’école d’Ingénieur, spécialisé en Physique des
matériaux et/ou nanotechnologies. Les connaissances dans le domaine de la croissance de films minces,
des propriétés optiques seront appréciées. Par ailleurs, le candidat devra montrer une grande motivation,
une forte autonomie, une capacité à travailler en équipe ainsi qu’une grande rigueur dans son approche
expérimentale.
Personnes à contacter : Cyril Dupeyrat
[email protected]
05.49.62.10.18
Fabien Paumier [email protected]
05.49.49.67.47
Thierry Girardeau [email protected]
05.49.49.66.63
[1] J. M. Norgaard et al., “Growth of Nanostructures by Glancing Angle Deposition”, Institute of
Physics and Nanotechnology, 2007.
[2] L. Gonzalez-Garcia et al., “TiO2–SiO2 one-dimensional photonic crystals of controlled porosity by
Glancing angle physical vapour deposition”, J. Mater. Chem. , 20 (2010) 6408–6412
[3] J.Q. Xi et al., “Optical thin-film materials with low refractive index for broad-band elimination of
Fresnel reflection”, Nat. Photon. 1-3 (2007) p176–179

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