D´EVELOPPEMENT D`UN CONTRˆOLE OPTIQUE MULTICRIT`ERE

´
Ecole Doctorale : Physique et Sciences de la Mati`ere (ED352)
Institut Fresnel
TH` ESE DE DOCTORAT
pour obtenir le grade de
DOCTEUR de l’´ ECOLE CENTRALE de MARSEILLE
Discipline : Optique, Photonique et Traitement d’Image
D´ EVELOPPEMENT D’UN CONTR ˆ OLE OPTIQUE
MULTICRIT`
ERE
Application `a la d´etermination d’indice in situ
par
Dragan Stojcevski
Directeur de th`ese : Michel Lequime
soutenue le 17 mars 2016
devant le jury compos´e de
Franck Chollet Institut Femto-ST Rapporteur
St´ephane Larouche CMIP, Duke University Rapporteur
Thierry Bosch LAAS Examinateur
Alfons Zoeller B¨ uhler Examinateur
Michel Lequime Institut Fresnel Directeur de th`ese
Catherine Gr` ezes–Besset CILAS Co-directeur de th`ese

Remerciements
Le pr´esent travail a ´et´e r´ealis´e en collaboration entre l’´equipe Recherche Couches Minces
Optiques de l’Institut Fresnel et le D´epartement ´ Etude et R´ealisation Couches Minces
de la Soci´et´e CILAS.
Je remercie les directeurs successifs de l’Institut Fresnel, Hugues Giovannini et Stefan
Enoch d’avoir rendu possible la r´ealisation de ce travail au sein du laboratoire.
Je tiens a remercier ma co-directrice de th`ese Catherine Gr` ezes-Besset de m’avoir
accord´e sa confiance et son soutien.
Je remercie tout particuli`erement mon directeur de th`ese Michel Lequime aupr`es de qui
j’ai beaucoup appris et sans qui cette th`ese ne serait pas ce qu’elle est.
Je tiens `a exprimer ma gratitude aux membres du jury pour avoir t´emoign´e par leur
pr´esence un int´erˆet pour mes recherches.
Je n’oublie ´evidement pas mes coll`egues de RCMO, Cihan Koc (pour les calages), Fa-
bien Lemarchand, Fr´ed´eric Lemarquis, Lætitia Abel-Tiberini, Julien Lumeau et
Thomas Begou.
Mes camarades doctorants avec qui j’ai partag´e plus qu’un bureau ou qu’une manip, Li-
hong Gao, Alexandre Jo¨ erg, St´ephane Sorce, S´everin Landry Nadji, Mael Vignaux,
Simona Liukaityte.
Je souhaiterais aussi remercier toute l’´equipe de la CILAS `a Aubagne. Merci aux experts
CM1, Didier Torricini et Pascal Masson pour leur sympathie. Merci `a H´el`ene Krol
d’avoir bien voulu ˆetre ma marraine lors de mon arriv´ee. Merci aux pilotes de PACA2M
Gr´egory Chauveau, Laurent Kirchgessner, Franck Roux pour m’avoir autoris´e des
cr´eneaux de manips large-bande. Merci aussi `a Priscilla Viard, Nathalie Valette, Ri-
chard Palomo, Fouzia El Hence, Colin Bondet, B´ereng`ere Leynaud, Pierre Gandin,
Alexandrine Messina, Isabelle Dehay, Salustiano Alonzo, Anthony Praz, V´eronique
Berton, Jean-Paul Joudrain, Robert Garcia pour leur professionnalisme et leur bonne
humeur au quotidien.
Je profite de l’opportunit´e qui m’est offerte pour remercier Nelly Bardet de m’avoir
accompagn´e dans toutes mes d´emarches durant ces ann´ees de th`ese. Je remercie vivement
Myriam Zerrad pour son aide et ses conseils avis´es en codage.
Merci `a Claire Gu´ en´ epour ses ´etoiles.
`
A ma famille qui a toujours ´et´e `a mes cˆot´es.
Je ne saurais oublier Jean-Pierre Spinelli pour les moments pass´es ensemble et vers qui
vont mes derniers mots : all-in !

Table des mati`eres
1 Introduction 1
1.1 Contexteg´en´eral ................................ 2
1.2 Technologies de d´epˆot sous vide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.1 Evaporation classique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.2 Evaporation classique avec assistance ionique . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.3 Pulv´erisation ionique assist´ee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.4 Pulv´erisation cathodique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3 Principales fonctions de filtrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.3.1 Miroir quart d’onde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.3.2 Filtrepassebande ........................... 12
1.3.3 Antireflet ................................ 13
1.3.4 Filtre bord de bande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.3.5 Filtre de notch ............................. 14
1.4 M´ethodes de contrˆole in situ .......................... 15
1.4.1 Contrˆole par microbalance `a quartz . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.4.2 Contrˆoleautemps ........................... 18
1.4.3 Contrˆole optique monochromatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.4.3.1 Turning Point Monitoring .................. 20
1.4.3.2 Trigger Point Monitoring .................. 22
1.4.4 Contrˆole optique large bande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.5 Objectifsetd´emarche.............................. 26
2 Propri´et´es optiques d’un empilement 29
2.1 Approche th´eorique g´en´erale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.1.1 Indice effectif d’un milieu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.1.2 Admittance complexe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.1.3 Coefficient de r´eflexion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.1.3.1 En amplitude et phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.1.3.2 En´energie........................... 33
2.1.4 Coefficient de transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.1.4.1 En amplitude et phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.1.4.2 En´energie........................... 33
2.1.5 Substrat d’´epaisseur finie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.1.5.1 Approche coh´erente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.1.5.2 Approche incoh´erente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.2 ´ Evolution de la transmission d’un empilement en fonction de l’´epaisseur de
la derni`ere couche d´epos´ee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.2.1 Remarqueliminaire........................... 38
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