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Microsystèmes Optiquesau sein du PFM
Tarik BOUROUINA
Laboratoire ESYCOM, EA 2552ESIEE, Ecole Supérieure d’Ingénieurs en Electronique et Electrotechnique
Quelques Travaux menés au sein du PFMsur les « Microsystèmes Optiques »
Micro-Optique - Micro-lentilles par gravure 3D du silicium (ESIEE)- Micro-lentilles en résine (IEF)- Lithographie à niveau de gris (IEF)
Nanophotonique- Cristaux photoniques par gravure DRIE (IEF – ESIEE)
MEMS Optiques- Matrices de commutateurs Optiques (ESIEE – IEF)- DBR Verticaux et cavités accordables (ESIEE)- Electronique de Commande de Micro-miroirs (IEF)
Enseignement
- Module « MEMS Optiques et RF », DEA SC, ESIEE/CNAM/UMLV
- Module « Nanophotonique », DEA NMEC, UPS Orsay
- Module « Optical MEMS », Master of Science MEMS, ESIEE/NTU-Singapour
I – Les MEMS Optiques
Matrices de Commutateurs OptiquesT.Bourouina (ESIEE) E.Dufour-Gergam (IEF)
Travaux initiés au LIMMS, Université de Tokyo
Permalloy en couche mince et microbobines en cuivre Thèse d’Anne-Lise COUTROT, IEFStage de fin d’études de Fabrice CANET, ESIEE
Matrices 1 x N de Commutateurs OptiquesMatrices de Miroirs Verticaux et Guides de Fibres Auto-Alignés
Matrices N x N
Matrice de micro-miroirs verticauxMatrice de micro-bobines
Tests d’actionnement magnétique des micro-miroirs
Test d’actionnementréalisé au moyend’un aimant de 2 mm de dimension caractéristique
L. Houlet, H. Helin, T. Bourouina, G. Reyne, E. Dufour-Gergam, H. Fujita, IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics, (2002).
D.B.R. Verticaux & ApplicationsT.Bourouina, B.Saadany et F.Marty (ESIEE)
DBR : Distributed Bragg Reflectors
Alternances de murs Si-air-Si-airFabrication en une étape par DRIEPlanéité de miroirs amélioréeCavités cascadées accordablesCourbures contrôlées (cavités stables – lasers)Hybridation de composants Plateformes optiques silicium
II – La Nanophotonique
Cristaux Photoniques en SiliciumJ-M. Lourtioz (IEF), F.Marty (ESIEE)
Développement de procédés technologiques pour dimensions ultimesTrous de 0,2 µm de diamètre espacés de 0,3 µm ( profondeur de 5 µm )Gravure DRIE ICP-RIE procédés Bosch et cryogénique
Cristaux Photoniques en SiliciumJ-M. Lourtioz (IEF), F.Marty (ESIEE)
Structures de bandes d’énergie calculéesmode TMmode TE
Reflectivités mesurées(modes TE et TM)
Thèse IEF de Sylvain DAVID
A. Chelnokov, S. David, K. Wang, F. Marty, JM. Lourtioz, IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. Déc. 2002.
III – La Micro-Optique
200 µm200 µm
50 µm50 µm50 µm
Institut d’Electronique FondamentaleDépartements PTP et AXIS
2ème journée PFM 20/11/03
Photocapteurs
Rétine intelligenteConcentration du flux lumineux sur les photocapteurs par des microlentillesProcédé : photolithographie UV et fluage thermique de résines épaisses sur le circuit
pré-procéssé et passivé
tD r
h
( ) hDhr 24/22 +=( ) 6/43 22 Dhht +=
J-P. Grandchamp, A.Dupret, E.Dufour-Gergam (IEF)
LentillesDiamètre : 40 µmPas de la matrice : 50 µm
Institut d’Electronique FondamentaleDépartement PTP
Structuration tridimensionnelle de surfacesE.Dufour-Gergam, J-P. Grandchamp (IEF)
Gravure sèche anisotrope
TRANSFERT PAR MICROMOULAGE
Dépôt d'unecouche d'amorçage
Elimination de la résineSéparation du film métallique
Croissance électrolytique du métal
Silicium
Répliques en cuivre
LITHOGRAPHIE A NIVEAUX DE GRIS
Développement
Résine photosensible
Insolation partielle à traversun masque à niveaux de gris
AZ 4562 ; 40µmTRANSFERT PAR GRAVURE
2ème journée PFM 20/11/03
Le Procédé MEMSNAS de gravure 3DT.Bourouina et F.Marty (ESIEE)
Travaux initiés au LIMMS, CNRS/Université de TokyoMEMSNAS: Microloading Effect for Micromachining 3D Structures of Nearly All Shapes
PROCESSFLOW
DESIGN
Masque: Matrice de trous
Résultat du procédé
- Procédé basé sur des outils conventionnels- Lithographie binaire suivie de gravure
Illustration : Fabrication d’une lentille
PROCESSFLOW
Evaluation de la rugosité
Pas = 30 µm
Pas = 40 µm
Pas = 10 µm
Mesures AFM
Rugosité < 25 nm peak-to-valley (λ/60 @ 1550nm)Suffisant pour la plupart des applications optiques
Caractérisations Optiques des Lentilles
Source Laser
Fibre lentillée
Détecteur
Tables 6DDL
Micro-lentille (D.U.T.)
Knife-edge
Table 2DDL
Méthode knife-edge
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000
200
400
600
800
1000
1200
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200-1
0
1
2
3
4
5
6
Balayage Knife-edge et profil de faisceau correspondant
f : Distance focale
Profilomètre Optique 3D
[ ][ ]{ } 21
2
λπλπ
π
OoOooO
oo
ZrRZrRZrf
+−=
Zo=πnro2/λ
ro et Ro: Rayons des faisceuax incident et transmis (gaussiens)
Resultats : f = 2 mm (Lentilles de φ = 375 µm t=10 µm)
Contrôle des formes 3D:Nécessité de Calibration du Procédé
Relation non linéaire:Profondeur Diamètres des trous
Conception
Fabrication
Caractérisation
REGLES DE DESSIN
Calibration PrimaireStructures de test
0
20
40
60
80
100
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Micro-hole diameter (micron)
Etch
ed d
epth
(mic
ron)
Sample 1 - DRIESample 2 - RIESample 3 - HNA
)1( +Φ= bLogaz
Marches d’escalier
T.Bourouina, T.Masuzawa, H.Fujita. IEEE Journal of MEMS, A paraître, Février 2004
Annonce de Conférence à l’ESIEE
20-21 Octobre 2004 ESIEE, Noisy-le-Grand
Deadline pour soumission de résumé : 01 avril 2004
Nano Systems 2004 (EMN04)ASME European Micro and
http://www.asme.org/events/nanoeurope/call.shtml
Contact: [email protected]
Microsystèmes Optiquesau sein du PFM
Tarik BOUROUINA
Laboratoire ESYCOM , EA 2552ESIEE, Ecole Supérieure d’Ingénieurs en Electronique et Electrotechnique