Propriétés optiques linéaires et non linéaires des couches minces de carbone déposées par ablation laser
"La fluence d'un système de déposition par laser pulsé (DLP) est un aspect important dans la fabrication des couches minces. Le panache d'ablation qui résulte d'une impulsion d'un laser pulsé peut changer de caractéristiques en fonction de la fluence du faisceau laser quand il frappe la cible. Pour mieux comprendre le lien entre la fluence, le panache résultant, et les propriétés de couches minces, il faut préparer des couches minces avec des propriétés différentes dont les caractéristiques du panache d'ablation varient en fonction de la fluence. Un des deux objectifs de ce travail de thèse est donc de faire le lien entre la fluence, le panache d'ablation et les propriétés de couches minces de carbone fabriquées à partir d'une cible de graphite. Des couches minces de carbone sont fabriquées à partir de la technique de déposition par laser pulsé avec un laser Nd:YAG à λ = 532 nm. Plusieurs échantillons sont fabriqués à différentes fluences de déposition proche du seuil d'ablation d'une cible de graphite (0,06 à 0,5 J/cm²) afin d'étudier l'effet de la fluence sur l'indice de réfraction linéaire, l'absorption non linéaire, la résistivité, et la bande interdite des couches minces de carbone. Nous trouvons qu'il est possible de contrôler chacune de ces propriétés à partir de la fluence de déposition et nous présentons un résultat contre-intuitif qui relie les caractéristiques du panache à la résistivité. Ce résultat montre que si un panache est plus uniforme en termes de composition et que si la vitesse moyenne de produits d'ablation est plus élevée, cela augmente la résistivité de la couche mince. La méthode du Z-scan est souvent utilisée afin de mesurer des coefficients optiques non linéaires d'un matériau. Une problématique qui provient de la méthode du Z-scan est le cas où nous utilisons des couches minces trop fragiles et leur structure change de façon irréversible pendant la mesure, ce qui est le cas de nos couches minces de carbone. Alors, la transmittance de la couche mince change et il n'est pas possible d'estimer les valeurs des coefficients optiques non linéaires des couches minces. Le deuxième objectif de ce travail de thèse est de proposer un montage et une méthode qui permettent de mesurer les coefficients optiques non linéaires de couches minces fragiles. L'absorption non linéaire de la couche mince est étudiée à l'aide de la méthode du Z-scan avec un laser Ti:Sapphire à λ = 800 nm délivrant des impulsions de 100 fs. À cause de la fragilité de nos couches minces de carbone, nous proposons une modification à la méthode du Z-scan afin de mesurer les coefficients non linéaires de couches minces qui changent de propriétés de façon irréversible pendant la mesure. Nous proposons une méthode, à notre connaissance nouvelle, que nous appelons "Z-scan par pas", qui mesure la section du Z-scan réversible et donc permet d'extraire la valeur de l'absorption non linéaire de la couche mince."--Résumé.
Couches minces, Propriétés optiques, Dépôt par laser pulsé, Carbone, Surfaces (Physique)
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