PHENOMENES ET METROLOGIE TERMIQUES FEMTOSECONDES – PHEMTO

L'objectif principal de ce projet est de développer un nouvel instrument pour répondre à un besoin urgent dans le domaine de la caractérisation thermique à court espace et des échelles temporelles. Ceci permettra, pour la première fois, de caractériser localement la tle transport de chaleur dans les nanomatériaux à une échelle spatiale nanométrique avec une résolution temporelle sub-picoseconde. Les applications visées concernent les domaines de la microélectronique et des nano matériaux pour les énergies renouvelables. L'instrument proposé combine une technique pompe-sonde laser femtoseconde avec un microscope confocal doté d’une lentille à immersion solide .La première caractéristique est une résolution spatiale sub-micrométrique associée à une résolution temporelle sub-picoseconde.

Le Thermoreflectance (TR) sera utilisée pour mesurer les variations de température de surface induit par un faisceau de pompe. L'instrument permettra de plus la cartographie de la surface de l'échantillon, de mesurer les champs thermiques et thermo-élastique avec une résolution sub-micrométrique. Une des originalités et des innovations essentielles de ce projet est la conception et la réalisation d'un instrument combinant des techniques d'échantillonnage optique hétérodyne femtoseconde à la microscopie confocale à immersion solide. Cette performance jamais réalisée jusqu'ici à notre connaissance permettra une étude thermique interne quantitative des microsystèmes et des nano matériaux qui les constituent avec une résolution meilleur que le micron.
Ce dispositif sera mis à la disposition de la communauté scientifique dans le cadre d’une plateforme.

Les défits scientifiques et techniques sont les suivants:
- l'Amélioration de la résolution temporelle de la source laser commerciale T-Pulse hétérodyne Duo pour le dispositif d'échantillonnage optique.
- Fabrication de micro lentille à immersion solide intégrée dans un microscope confocal n'est pas faisable en utilisant des techniques classiques de micro-usinage. Nous allons résoudre ce point en utilisant des méthodes de lithographie top-down chimiques disponibles dans le Centre de la technologie MIMENTO de Besançon.
- Les informations d’amplitude et de phase sont nécessaires à la pleine détermination de la conductivité thermique et la résistance à l'interface et des épaisseurs des différents matériaux dans des hétérostructures étudiées. L’imagerie thermoélastique sera utilisée pour recueillir la phase du signal.

Intérêts scientifiques, technologiques et économiques :
Ce grand instrument, qui sera installé sur la plateforme du RTB à Besançon, répond aux besoins des industriels en termes de caractérisation thermique aux courtes échelles d''espace et de temps. Ces besoins sont clairement exprimés dans la lettre de soutien au projet dans les annexes (STMicroelectronics).
De plus, ce projet est en phase avec les domaines stratégiques de la plate-forme RTB à Besançon (micro-nano Acoustique et Micro-Nano Optique).

Les innovations sont attendues dans le domaine de la microscopie confocale à très haute résolution en particulier avec le développement d'une optique à immersion solide qui pourrait donner lieu à un brevet à la fin du projet.

Ce projet permettra donc AMPLITUDE SYSTEMES une société française de se positionner très clairement sur cette instrumentation de haute technologie en proposant système technique d’échantillonnage optique hétérodyne de dernière génération. Les modèles et les programmes utilisés pour l'identification des propriétés thermiques des matériaux nanostructurés élaborés par le CPMOH pourraient potentiellement être intégrés dans les programmes utilisé dans l'instrument industriel potentiel.