Notre objectif est tout d’abord de synthétiser, mettre en forme des matériaux par des procédés et techniques de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma pulsé ou non (PECVD) et gravure sèche par plasma réactif, puis de tester leurs performances lorsqu’ils sont assemblés en microstructures intégrées photoniques (guides d’ondes, S-Bend, jonctions-Y, Mach-Zehnder, coupleurs, micro-résonateurs…). La finalité des études est de créer plusieurs formes de photoniques intégrées innovantes sur matériaux polymères et procédés plasmas pour des applications MOEMs (micro-capteurs en métrologie fine, applications aux mesures de pression (Figure 1), aux mesures de température, aux mesures de micro-flux thermique, applications en mesures opto-thermo-électriques couplées…).

Les étapes d’élaboration et de mise en forme des matériaux sont réalisées et optimisées dans des réacteurs avec source de plasma basse pression et haute densité électronique, afin de contrôler très précisément les propriétés fonctionnelles recherchées. Le procédé de fabrication complet des microstructures photoniques en est développé et optimisé [au niveau des réacteurs et des procédés technologiques en salle blanche]: nous mettons en oeuvre des outils de diagnostics in-situ et de contrôle du procédé, ainsi que des techniques de caractérisation physico-chimique, structurale, électrique (Figure 2) et optique des matériaux en couches minces, en configuration ex-situ.

Figure 1 :  A titre d’exemple, microcapteurs dédiés aux mesures de pression sur substrat hybride silicium/polymères [structures micro-plaques usinées et photonique intégrée de type interféromètre de Mach-Zehnder]; (année 2004).

Figure 2 : Banc de caractérisation électrique sous pointes (lieu : Polytech’Nantes).

Figure 3  : Micro-injection dans un guide ruban pp-HMDSO, propagation monomode TE00-TM00 avec fort confinement des champs optiques et faibles pertes [λ=670 nm]; en médaillon détection champ de sortie TE00.

Figure 4: Photographie MEB d’une microstructure

« Si/SiO₂/polymères plasmas organosiliciés-HMDSO » de type guide d’onde ruban [section (0.8 x 4) µm²].

En complément des mesures optiques réalisées sur les microstructures photoniques (ellipsométrie, micro-injection, mesures de confinement optique et de pertes en propagation, mesures de biréfringence modale, propriétés non-linéaires…) (Figure 3), des outils de simulation de ces micro-composants photoniques sont développés. Une première famille de photonique intégrée monomode avec fort confinement TE00-TM00 et faibles pertes sur matériaux polymères plasma HMDSO organosiliciés est développée sur substrat/gaine Si/SiO₂ (Figures 3 & 4).

En parallèle, une seconde forme de photonique à très haut degré d'intégration sur d’autres matériaux et procédés plasmas exploitant les intenses contrastes de permittivités optiques en configuration multicouches est en cours de développement pour la réalisation de nouveaux composants à base de micro-résonateurs intégrés.

• Laboratoire d’Acoustique de l’Université de Maine, Le Mans
• Laboratoire Physique des Atomes, Lasers, Molécules et Surface, Rennes

• Bêche B., Pelletier N., Gaviot E., Hierle R., Papet P., Poncin-Epaillard F., Debarnot D., Goullet A., Granier A., Cardinaud C., Landesman J-P, Zyss J., Proceeding SPIE Integrated Optics : Theory and Applications, 2005, 5956, 5956V.1-5956V.10.

• Bêche B., Pelletier N., Hierle R., Goullet A., Landesman J-P, Gaviot E., Zyss J. Microelectronics Journal 2005, 37, 2006, 421-427