fabrication technologies - université de montpellierwebcam pc lentille diaphragme lentille lentille...
TRANSCRIPT
![Page 1: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/1.jpg)
Fabrication technologies
Materials processing
1
![Page 2: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/2.jpg)
Qualité de fabrication • Matériau/Couche
– Absorption, indice, propriétés optiques… – Porosité, rugosité, dureté, thermique, … – Stabilité (thermique, méca, humidité…). – Affinité physico/chimique avec le substrat (adhérence,
contraintes..). – Epaisseur: précision, homogénéité (dim & n). – Rugosité de surface. – Reproductibilité.
• Guide 3D/Motifs diffractifs – Symétrie optogéométrique. – Rugosité, définition. – Valeur, distribution, profil, homogénéité d’indice. – Couplage avec la fibre optique. – Stabilité de la structure. 2
![Page 3: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/3.jpg)
Materials and processes
3
![Page 4: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/4.jpg)
Materials
Cristals
Glasses
Polymers
4
![Page 5: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/5.jpg)
KTP
Phosphate de
Potassium
titanyl Doublage YAG
Semi-conductors Si, GaAs, Ge, Csi, …
Cristaux YAG Y3Al5O12
Ytterbium Aluminium Grenat Dopé Néodyme: Nd:YAG (inversion population) Laser @ 1064µm
Niobate de Lithium LiNbO3 ElectroOptic, AcoustoOptic )(EfP
Calcite CaCO3 Birefrigent
Matériau massif; croissance épitaxie. Attaque plasma ou chimique. Dopage par implantation/diffusion ionique. 5
![Page 6: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/6.jpg)
Verres Un verre est un solide non-cristallin présentant le phénomène de transition vitreuse.
Silice
Quartz (UV)
Verres d’oxyde: Visible, proche IR (< 2µm) SiO2, GeO2, TiO2, … Indice ≥ 1.45 (sauf Verres poreux) Chalcogénures: Moyen IR (1-2µm 20µm) Se, Te, S, … Indice # 2 - 3 + Cd, Ga, As, Ge, …
(Verres métalliques?) Le verre est un solide qui présente le désordre d’un liquide.
Matériau massif; couches déposées par évaporation, CVD, Sol-Gel; oxydation thermique. Attaque type plasma, RIE, usinage ionique ou chimique (acide fluorhydrique HF).
Dopage pat implantation, diffusion ionique ou durant la CVD.
Fusion Vitrification
6
![Page 7: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/7.jpg)
Verre massif et fibre optique
Fusion du sable à 1500°C Fibrage Préformation
7
![Page 8: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/8.jpg)
Procédé Sol-Gel
Hydrolyse: Si-(O-CH2-CH3)4 + 4H2O Si-(OH)4 + 4(H-O-CH2-CH3)
Condensation: Si(OH)4 + Si(OH)4 (OH)3-Si-O-Si-(OH)3 + H2O
Obtention d’une solution contenant des nanoparticules.
Solution partiellement condensée.
Condensation poursuivie lors du dépôt (Spin/Dip coating) et terminée lors du recuit (100°C) par évaporation des solvants (eau, alcools).
8
![Page 9: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/9.jpg)
Polymères
Propriétés ajustables: Imperméable, poreux, résistance au feu, corrosion, anti-adhésion, … Applications variées: Emballages, isolants, conteneurs, joints, revêtement, …
9
![Page 10: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/10.jpg)
Mécanismes de polymérisation
10
![Page 11: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/11.jpg)
Fabrication process principle
11
![Page 12: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/12.jpg)
Lithography
12
![Page 13: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/13.jpg)
Deposition techniques
Vapor phase deposition
Epitaxy
Coating
13
![Page 14: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/14.jpg)
Metal & glass deposition 𝑃 ∗ 𝑉 = 𝑛. 𝑁𝐴. 𝑘𝐵. 𝑇
Sputtering (Plasma ;Ion-beam ; Reactive ions; …) Electrodes
Performance Evaporation Sputerring CVD
Speed
Homogeneity
Damage
Materials
Thermal Evaporator (eBeam, …) CVD: Chemical vapor deposition Plasma ;Ion-beam ; Reactive ions; …
14
![Page 15: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/15.jpg)
Crystal deposition: epitaxy
Diamond structure (8 atoms per tile): C, Si, Ge, … Tile matching
Blend diamond : GaAs, InP, AlAs, SiGe, …
15
![Page 16: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/16.jpg)
16
Molecular beams epitaxy (MBE) Coils heat the elements
→ sublimation, evaporation
Ultra high vacuum (10-8 Pa) → minimize impurity level
(no carrying gas)
Long mean free path atoms → non interacting beams
Low deposition rate (1µm / h)
→ epitaxial layers (monolayers)
Cryo → wafer cooling and impurity sink
Wafer temperature
→ elements reaction
Electron diffraction → layer formation monitoring
Mass spectrometer
→ composition analysis
![Page 17: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/17.jpg)
Resin & polymer deposition: spin coating & 1 2 3 4 Arrêt Accélération Consigne Arrêt Dépôt Ejection Etalement Evaporation Stabilisation
1 2 3 4 Vitesse Arrêt Consigne Décélération Arrêt Trempage Stabilisation Dépôt Evaporation Ejection
… dip coating
17
![Page 18: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/18.jpg)
Patterning
18
UV exposure: Mask & Laser Electron beam
Ion beam, diffusion, … Interference
![Page 19: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/19.jpg)
Mask aligner
19
![Page 20: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/20.jpg)
Laser lithography
laser YLF
module acousto-optique
ordre 0
ordre 1
miroirdichroïque
miroir
micro-trou
visible réfléchi miroir
x
y
PC
PC
webcam
PC
lentille
diaphragme
lentille
lentille
platine de micro-déplacements
Advantages over lamp:
•No mask. •Single wavelength. •High directivity (aspect ratio, depth of focus). •High resolution. •High power density. •Fast prototyping.
20
![Page 21: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/21.jpg)
Electron beam lithography: •Special resin sensitive to e-beam irradiation •Polymer type (PMMA, ZEP…) •Electrons (20-100 keV) break the long polymer chain •Selective dissolution depending on exposure
le # 5pm @ 20kV
21
![Page 22: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/22.jpg)
Grating exposure
… or direct beam writing 22
![Page 23: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/23.jpg)
0.00E+00
5.00E-07
1.00E-06
1.50E-06
2.00E-06
0 20 40 60 80 100 120 140
Temps (s)
Pu
issa
nce
d
iffra
cté
e (W
)
Grating formation monitoring
![Page 24: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/24.jpg)
Implantation/Echange/Diffusion ionique
+ Al inDiffusion
24
![Page 25: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/25.jpg)
Etching
25
![Page 26: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/26.jpg)
Etching (Gravure, Attaque)
26
![Page 27: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/27.jpg)
Results & tests
27
![Page 28: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/28.jpg)
Fabrication process (organomineral)
4
RECUIT 110°C
28
1 SYNTHESE
H
H
H
3
LITHOGRAPHIE
R
DEPOT 2
+ H2O
![Page 29: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/29.jpg)
Fabrication results (organometallic)
29
![Page 30: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/30.jpg)
Pigtailing & Packaging Cut, polish, ribbon Align, glue Package
30
![Page 31: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/31.jpg)
Circuits testing
Observation du profil d’intensité en sortie.
Mesure de la puissance (pertes: couplage, propagation,
courbure). Étude de la fonction réalisée,
analyse spectrale, en polarisation … 31
![Page 32: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/32.jpg)
Bent waveguide radiation coupling
0,00E+00
5,00E+04
1,00E+05
1,50E+05
2,00E+05
2,50E+05
1,00E-031,50E-032,00E-032,50E-033,00E-033,50E-034,00E-034,50E-035,00E-035,50E-036,00E-03
Pe
rte
s (
dB
/m)
Rayon de courbure (m)
1.31
1.55
32
![Page 33: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/33.jpg)
Bending vs Technologies
33
![Page 34: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/34.jpg)
Bent waveguide propagation loss
zP
zdPzPr
)(
dzzP
zdP.
zPzdP
dz )exp(0 zPzP
Pertes relatives
Pertes relatives par unité de longueur propagée
Coefficient d’atténuation
Puissance propagée
R
qdkqdkk
d
qddkdq
cladding
claddingeguided
xx
x
x
l
mod_2exp.
2²cossin
21
2
/exp2
²cos²/
Expression du coefficient d’atténuation (mode fondamental)
34
![Page 35: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/35.jpg)
Straight & bent waveguides
P = 1,8509 x L + 1,4303
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 0.5 1 1.5 2 2.5
Longueur (cm)
Pert
es (
dB
)
35
![Page 36: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/36.jpg)
Power dividers
Y junction 1x2
Star coupler 1x16
MMI 1x32
36
![Page 37: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/37.jpg)
WDM outputs
Guide(s) d’entrée
Coupleur
d’entrée
Réseau
déphaseur
Coupleur de
sortie
Guides de
sortie
l1
l2
l3
l4
37
![Page 38: Fabrication technologies - Université de Montpellierwebcam PC lentille diaphragme lentille lentille platine de micro-déplacements Advantages over lamp: •No mask. •Single wavelength](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081617/6021768d60b83e6a0f48f019/html5/thumbnails/38.jpg)
MMI sensor
Measurand
38