Evolution de CEMOX

Plateforme CeMOX
"Couches Minces pour l'Optique X"
Franck Delmotte
Laboratoire Charles Fabry, Equipe Optique XUV
Responsable de la Plateforme CEMOX / LUMAT
Journée Scientifique LUMAT
Mardi 19 juin 2012
Miroirs Interférentiels Multicouches
E (eV)
105
104
Hard x-rays
0,01
103
100
1
6,2
3,1
1,5
VUV UV Vis.
EUV
Soft x-rays
0,1
10
10
IR
100 200 400 800
λ (nm)
0,6
θ = 10 deg
Indice optique complexe
Loi de Bragg
Reflectivity
avec δ<<1 et β< δ
n=1-(δ+iβ)
0,5
Al/Mo/B4C
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
15
16
17
18
19
20
Wavelength, nm
θ
Période d
1 à 30 nm
Substrat
« High reflectance multilayers » (R > 50 %)
Mo/Si 1985, Barbee et al.
λ=13 nm
Mo/Be 1995, Skulina et al.
λ=11 nm
Sc/Si 1998, Uspenskii et al.
λ=42 nm
Mg/Sc/SiC 2009, Aquila et al.
λ=28 nm
Al/Mo/SiC 2010, Meltchakov et al. λ=17 nm
22
CEMOX : la naissance
Centrale d’Elaboration et de Métrologie d’Optique XUV
1999 : Création du Pôle d’Optique des Rayons X d’Orsay (PRaXO)
LIXAM – LCFIO ‐ LURE CEA Saclay – CEA Bruyères – LOA – Synchrotron SOLEIL
=> Projet CEMOX (M. Idir, P. Zeitoun, M‐F. Ravet, F. Delmotte)
2002‐04 : Installation de la centrale CEMOX (LIXAM/LCFIO)
Fin 2003 : dernières mesures sur Super ACO
2008 : CEMOX intègre la fédération LUMAT en tant que Plateforme
2010 : Installation d’un nouveau réflectomètre X (ASTRE/ANR/RTRA)
33
CEMOX : c’est quoi ?
Au LCF (bat.503)
A l’ISMO (bat. 350)
Pulvérisation cathodique magnétron RF/DC (Responsable Evgueni Meltchakov)
En salle blanche (classe 1000) 2002
Réflectomètre X (Bruker Discover D8)
Réflectométrie EUV sur source plasma‐laser
(Responsable Marc Roulliay)
2004
Sous plafond soufflant
2010
ASTRE 2008
‐
ANR
‐
RTRA
44
CEMOX = élaboration
Pulvérisation cathodique magnétron 4 cibles RF/DC (Plassys MP800)
Control de l’uniformité
0.5% sur φ 190 mm
Load
lock
(V1-V2)/V1
50 %
40 %
30 %
20 %
10 %
12
Target
Chimney
Variation d'épaisseur (%)
10
Substrate
holder
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-60
-40
-20
0
20
40
60
rayon re (mm)
Matériaux : Mo, W, Sc, Cr, C, Si, Al, Co,
B4C, SiC, Mo2C, SiOx, SiNx
Pression résiduelle : 2×10‐8 mbar
55
CEMOX en quelques chiffres
E (eV)
105
104
Hard x-rays
Miroir torique pour imagerie de plasmas (CEA DAM) 0,01
103
100
1
10
6,2
3,1
1,5
VUV UV Vis.
EUV
Soft x-rays
0,1
10
IR
100 200 400 800
λ (nm)
λ = 13,5 nm
Miroir elliptique pour analyse X
Synchrotron SOLEIL
Collecteur EUV (Sagem)
9nombreux utilisateurs : Xenocs, SAGEM, MecaConcept, Winlight X
Station LaseriX, ISMO, LOA, IAS, LCPMR, CEA Saclay, CEA Bruyère 9 accueil d’utilisateurs extérieurs (5 dont 2 étudiants étrangers)
9 Travaux Pratiques (Master 2 + 3A IOGS) : 10 demi‐journées/an 9 4 thèses soutenues (+ 1 en cours)
9 4 projets RTRA Triangle de la physique, 3 projets ANR blanc
9 plus de 200 demi‐journées de métrologie EUV facturées depuis 2005
66
Optiques pour les sources HHG
Miroirs à bande passante étroite
Etude de la dynamique d’ionisation dissociative de H2/D2
A. Huetz, D. Dowek et col.
Projet RTRA DYNELEC (LCAM‐LIXAM‐SPAM) Sélectionner 1 harmonique
& rejeter le VUV (miroir périodique
+ couche anti‐reflet)
AR VUV
B4C (3.6nm)
Si (14.4 nm)
×12
Substrat
Miroirs polariseurs
Contrôle de la polarisation du rayonnement EUV
Projets RTRA IMMAGE et ANR FEMTO‐X‐MAG (LOA‐SPAM‐SOLEIL)
B. Vodungbo et al., Opt. Express 19, 4356 (2011)
77
Optiques pour les sources HHG
Miroir chirpé attoseconde
Miroirs sub 50 as
Large bande spectrale
+ contrôle de la phase
Projet RTRA ATTO‐
OPTIQUE (LCF/SPAM)
1ère expérience de compression
C. Bourassin‐Bouchet et al., Opt. Express (2011)
C. Bourassin‐Bouchet et al., NJP 2012
88
Miroirs X dans la gamme 1‐10 keV
Miroirs multicouches à large bande passante pour les diagnostics de plasmas
DAM-Ile de France
Postdoc. H. Maury
Optimisation d’un empilement W/SiC apériodique de 32 couches sur miroir torique
Diagnostics d’imagerie X pour le LMJ
• réflectivité constante entre 5 et 10 keV
• angle de rasance de 0,7 degré.
0.7
théorique
calcul ab-initio (d'après fit GRX1)
mesure
Réflectivité
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
θ = 0.7°
0.0
4
5
6
7
8
9
10
11x10
3
Energie (eV)
Spectre mesuré au PTB
H. Maury et al., NIM A 2010
99
CeMOX vs CEMOX
Une nouvelle plateforme mutualisée: « Couches Minces pour l’Optique X »
Objectifs
‐ renouveler et moderniser les équipements de la plateforme mutualisée ‐ étendre le savoir‐faire et l’expertise de la plateforme vers les courtes longueurs d’onde
‐ développer des partenariats industriels
‐ utiliser la plateforme comme outil de formation
Moyens
Une nouvelle machine de dépôt adaptée aux optiques X Un nouvel environnement : plateforme mutualisée 404 k€
941 k€
Financement
Acquis : Equipex Attolab, SOLEIL, IOGS, Equipex Morphoscope
Demandé : SESAME – équipement mi‐lourd 2012
740 k€
605 k€
LCF (UMR 8501), SOLEIL, LUMAT (FR 2764 ) Gouvernance : mise en place d’un Comité d’Utilisateurs
Gestion : Principe d’auto‐financement des frais de fonctionnement
Personnel technique : 1 T (50% Soleil), 1 AI (100% LCF), 1 IE (50% ISMO/LUMAT), 1 IR (100% LCF)
10
10
Nouvel environnement
Sas d’entrée
ISO7
11,25 m²
Local technique
LT1 ISO8
27 m²
Salle Blanche
Dépôt&Caractérisation
Classe ISO7
Sous flux ISO5
68,25 m²
Recuit et
caractérisation
optique
24 m²
Salle de
Réflectométrie X
27 m²
Local technique
LT2 ISO8
15,75 m²
Chimie
ISO7 / ISO5 sous
sorbonne, 10 m²
Sous-module 1
Climatisé
Sous-module 2
Climatisé
SAS
3 m²
Station de
mesure
EUV
27 m²
bât. N de l'Institut d'Optique à Palaiseau
(actuellement 216 m² en clos couverts)
Sous-module 3
Climatisé
Plafond soufflant
11
11
Des projets de recherche ambitieux
• Composants optiques innovants pour les rayons X (1‐20 keV)
monochromateurs pour rayonnement synchrotron (SOLEIL‐LCF)
• Composants optiques et diagnostics pour les impulsions attosecondes
Equipex ATTOLAB : Plateforme pour la dynamique attoseconde
(CEA Saclay, ISMO, LPS, LCF…)
• Imagerie EUV pour le spatial (IAS‐LCF)
Imagerie Doppler, observation d’étoiles lointaines et d’exoplanètes
=> miroirs de grandes dimensions
• Microscopie X dans la fenêtre de l’eau pour la biologie
Equipex MORPHOSCOPE : Imagerie et reconstruction multiéchelles de la morphogenèse (LOB,…)
12
12
Monochromateurs pour Synchrotron Réseaux multicouches alternées
Multicouche
Mo2C/B4C 30 périodes
Brevet SOLEIL – Jobin‐Yvon *
Ordre 1
Ordre 0
de 5.2 nm
Réseau JY
2400 t/mm
d=2.6 nm
c/d=0.5
10 nm
Réseau en Si
Première réalisation d’un dépôt multicouche Mo2C/B4C sur un réseau Jobin‐Yvon
Efficacité mesurée = 27 % @ 2 keV
Postdoc RTRA Triangle de la physique (F. Choueikani)
35
30
E ffic ie n c y ( % )
25
20
15
10
5
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
Energy (keV)
* F. Polack et al., European Patent Application EP1700141 (2005)
13
13
Miroir associé au réseau
Miroir
i
en S
eau
Rés
Miroir 20 x 200 mm²
Uniformité longitudinale : ± 0.5%
Gradient de période latérale : ± 3%
6
60
10
MP11170
MP11170
MP11170
MP11170
5
10
profil d'epaisseur, A (y = 0 mm (l'axe centrale))
profil d'epaisseur, A (y = -5.0 mm (de l'axe cenrale))
profil d'epaisseur, A (y = +5.0 mm (de l'axe cenrale))
profil d'epaisseur, A (y = +7.5 mm (de l'axe cenrale))
55
4
d, A
Counts
10
3
10
50
2
10
45
1
10
0
10
0
1
2
Theta, deg
3
4
40
-100
-50
0
distance, mm
50
100
14
14
Conclusion CeMOX =
9 une plateforme ouverte aux membres de LUMAT et à l’extérieur,
9 de nombreuses collaborations académiques et industrielles
9 une thématique de recherche active au niveau local (Lumat, RTRA, PALM)
et national (GdR AppliX)
9 un outil pour la formation
Dépôt multicouches
Evgueni Meltchakov
Contacts
Métrologie EUV
Marc Roulliay
[email protected]
[email protected]
[email protected]
15
15