Interfaces, Multimatériaux, Sources et Optiques X

Interfaces, Mutimatériaux,
Sources et Optique X
J.-M. André (IR)
C. Bonnelle (PrE)
P. Jonnard (DR)
K. Le Guen (MdC)
H. Maury (Thèse 2004 - 2007)
G. Turk (Thèse 2007 - …)
Thématique
Caractérisation de multi-matériaux
de dimensions nanométriques
par spectroscopie et optique X
Développement de dispositifs
spectroscopiques et optiques pour
la caractérisation des matériaux
(1) Analyse combinée de
multicouches périodiques
• Méthodes non destructives
• Réflectivité X
Analyse géométrique
• Spectroscopie d’émission X
Analyse physico-chimique
• Compréhension des phénomènes interfaciaux
• Optimisation des propriétés
IRIS Apparatus
(Instrument de Recherche sur les Interfaces et Surfaces)
Rcrystal = 500 mm
crystal
gas-flow
(Ar-CH4)
Geiger
detector
virtual
source
x-ray
source
under UHV
Spectro-goniomètre MONOX
x-ray
tubes
two-crystal
monochromator
mirror 1
goniometer
detector
entrance
slit
mirror 2
sample
holder
réflectomètre rayons X mous
or
spectromètre plan
Multicouches périodiques Mo/Si
Bande d’émission Si Kβ
β
Somme pondérée
a-Si, MoSi2 and Mo5Si3
Characterisation des
Composés interfccaiaux
(nature et épaisseur)
Maury et al, Surf. Interface Anal. 38 (2006) 744
Multicouches périodiques Mo/Si
Mesures de réflectivité et
simulations (IMD)
Quantification de
- l’épaisseur des couches
- la rugosité des interfaces
Multicouches périodiques Mo/Si
[Si(2nm)/Mo(3nm)]40/Si
Collaborations
Mo/Si Institut d’Optique, LETI, TASC-INFN
Mg/SiC Tongji
Sc/Si CECM, Institut d’Optique, LISE, CLS
(2) Développement d’éléments
optiques optimisés
Etude du domaine 100 - 500 eV (12 - 2.5 nm) difficile
Pas de cristaux naturels disponibles
Utilisation de Miroirs Interférentiels Multicouches (MIM)
Mais les MIM ont une mauvaise résolution spectrale
(environ 15-20 eV à 280 eV / C K émission)
d1
d2
La période (d1+d2)
peut être ajustée à
l’étude d’un domaine
spectral donné
Amélioration de la résolution
Gravure du MIM
monochromator « haute-résolution »
Miroir gravé (MG)
Gravure utilisant
les procédés de la
microélectronique
La resolution s’améliore parce qu’un plus grand nombre
de bi-couches peut participer à la diffraction
Un facteur ≈3 peut être gagné en résolution
au détriment d’une perte en réflectivité de quelques %
Miroir gravé
λ2
poly λ
θ2
θ1
θ1
θ2
d : période de la multicouche
D : période du réseau
ΓD : dimension du trait
d
D
λ1
ΓD
Structure périodique dans deux dimensions utilisée
- au 1er (2ème, 3ème, …) ordre de diffraction du miroir
- à l’ordre 0 du réseau
Optimisation
Mo/B4C
300 bi-couches
d = 6 nm
E =183 eV (B Kα)
Bande passante
Réflectance
Γ = 0,35
3 µm
2 µm
1 µm
1 µm
D = 1, 2, 3 µm
Photolithogravure
UV profond
2 µm
3 µm
D = 1, 2, 3 µm
Fabrication
Procédé de la microélectronique
IEF, centrale de nanotechnologies MINERVE
Incoatec
MIM
Résine
insolation
248 nm
SiO2
Mo/B4C
Si
Al
Résine
SiO2
Mo/B4C
Si
MG
Exemple
Comparaison entre MIM et MG
Analyse d’un film deB4C
Mo/B4C, période 6 nm, 150 bi-layers
D=1µm, Γ=0,3
OK
6000
8000
fond plus faible
Aux petits
angles de Bragg
5000
6000
4000
Si K
n=3 n=4
3000
4000
2000
OK
n=2 B K
CK
1000
meilleure
quantification
0
2000
0
10
15
20
25
Sample angle (°)
30
35
Intensity from MIM (a.u.)
minimisation des
interférences
Intensity from MG (a.u.)
meilleure résolution
Autres études / projets
• Etude de multicouches apériodiques (large bande
spectrale)
Institut d’optique
• Développement de multicouches périodiques Mg/SiC
de hautes performances
Univ. Tongji
• Groupe de travail sur l’endommagement laser
Etude de scintillateurs Laser MégaJoule / CEA DAM
• Effet Raman assisté par diffraction de Bragg dans les
multicouches La/B4C
Univ. St Pétersbourg / Tongji / TASC-INFM
• …