Réalisation par gravure RIBE de guides optiques en polyimide

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UNIVERSITE DE LIMOGES
Faculté des sciences
UMOP
N° 3-2003
THESE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITE DE LIMOGES
Discipline : Electronique des hautes fréquences et optoélectronique
Présentée et soutenue publiquement par
Charles CORNIC
Le 6 février 2003
Réalisation par gravure RIBE de guides optiques
en polyimide. Contribution à leur caracterisation
dans un modulateur electrooptique
Directeurs de Thèse : André MOLITON, Bruno LUCAS
Jury Président & Rapporteur:
Y. SEGUI Directeur de Recherche C.N.R.S Université de Toulouse III.
Rapporteurs :
J. DAVENAS Directeur de Recherche C.N.R.S Université de Lyon I.
P. RAYNAUD Chargé de Recherche C.N.R.S Université de Toulouse III.
Membres du jury :
B. COLOMBEAU Professeur Invité
J.M. DUMAS Professeur Université de Limoges
P.N. FAVENNEC Docteur d’Etat ENSTB, Lanion
B. LUCAS MCF Université de Limoges
A. MOLITON Professeur Université de Limoges
J.P. MOLITON Professeur Université de Limoges

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Remerciements
Le travail présenté dans cette thèse a été effectué au laboratoire UMOP de
l'Université de Limoges.
J'exprime mes remerciements à M. André MOLITON, Professeur à l'Université de
Limoges, pour m'avoir accueilli dans son laboratoire ainsi que pour m'avoir confié ce travail.
Je remercie également M. Bruno LUCAS, Maître de Conférence à l'Université de Limoges,
pour avoir co-dirigé ce travail et pour son aide et son soutien constant.
Je remercie M. Yvan SEGUI, Directeur de Recherche au CNRS à l'Université Paul
Sabatier de Toulouse, de me faire l'honneur de présider ce jury.
Je tiens à remercier M. Joël DAVENAS, Directeur de Recherche au CNRS à
l'Université de Lyon, et M. Patrice RAYNAUD, Chargé de Recherche au CNRS à l'Université
de Toulouse, d'avoir accepté d'être les rapporteurs de ma thèse.
Je remercie également M. Jean-Michel DUMAS, Professeur à l'Université de
Limoges, M. Pierre Noël FAVENNEC, Docteur d'Etat, et M. Jean-Pierre MOLITON,
Professeur à l'Université de Limoges, d'avoir bien voulu juger ce travail et participer à ce
jury de thèse.

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Mes remerciements vont aussi à M. Bernard COLOMBEAU, Professeur, pour son
aide précieuse dans la partie optique et pour avoir bien voulu participer à ce jury de thèse.
Je tiens également à remercier M. Michel CLAMADIEU pour son aide technique ainsi
que pour sa bonne humeur et sa disponibilité constante, et à Mme Anne-Marie ROCHETTE
pour son dévouement. Mes remerciements s'adressent aussi à Mme FOURMEAUX, du LGE
de Toulouse, ainsi qu'à Mme Christiane DUPRAT, de l'AIME de Toulouse, pour l'aide
précieuse apportée durant les processus de dépôt et de photolithographie.
Enfin, je tiens à remercier l'ensemble des personnes du laboratoire UMOP,
permanents et thésards.

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Ce travail n'a pu être effectué qu'avec le concours de France Telecom R & D (anciennement
Centre National d'Etude des Télécommunications, contrat FT.DB.CENT n°97 1B 410).

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Résumé en français
Ce travail est consacré à la mise au point de filières technologiques permettant de
montrer la faisabilité d’un modulateur de phase à base de matériaux organiques. Il s’agit dans
un premier temps d’adapter une technologie semi-conducteur aux polymères pour élaborer
des guides d’ondes, puis de réaliser l’empilement de couches de polymères passifs et actifs,
compatible avec des procédés sur substrat silicium.
Nous avons décrit les étapes technologiques permettant de réaliser des guides d’ondes
optiques à base d’un polyimide fluoré, le 6FDA/MPDA. Elles s’appuient principalement sur
l’utilisation de méthodes employées en micro-électronique : la photolithographie et la gravure
ionique réactive de type RIBE (Reactive Ion Beam Etching), ou IBAE (Ion Beam Assisted
Etching). Grâce à ces procédés de gravure par faisceau d’ions réactifs, nous avons obtenu des
guides d’ondes présentant des parois très verticales. Des pertes par propagation de l’ordre de
0,5 dB/cm pour le mode TE à une longueur d'onde de 1,3 µm ont été mesurées par la méthode
Cut-Back.
Pour la réalisation d'un modulateur de phase « tout polymère », nous avons utilisé
comme couche guidante le même polyimide fluoré fonctionnalisé avec un colorant: le
Disperse Red One (DR1) ; cette couche est prise en sandwich entre deux couches de
matériaux organiques d’indices inférieurs. Puis à l’aide d’une caméra infra rouge, nous avons
montré la propagation de l’onde guidée et validé ainsi tout un ensemble de procédés
technologiques.
Mots clés : Gravure RIBE (ou IBAE), Polyimide fluoré, Technologie, Guide d’onde
polymère, Modulateur de phase.