Spectroscopie d'absorption en cavité pour le contrôle des flux pendant la croissance des films minces – CEAS-OFM

Les capteurs OFM utilisent des lampes à cathode creuse (HCL) comme sources lumineuses, car le spectre de ces dernières est très proche des raies d'absorption à mesurer. Cela permet de résoudre le problème de la faible largeur spectrale de ces raies, qui est difficile à résoudre avec des monochromateurs standard. Cependant, les HCL sont très instables et introduisent une forte dérive des capteurs OFM. En outre, elles sont assez coûteuses et encombrantes, et donc complexes à intégrer dans les montages optiques. Notre capteur comprend un monochromateur échelle dont la résolution spectrale est proche de la largeur des raies d'absorption à mesurer. Cela permet de remplacer les HCL par des sources à large bande telles que des LED. Cette configuration donne accès à la forme spectrale du signal, ce qui confère à notre capteur un certain nombre d'avantages par rapport aux capteurs OFM conventionnels, notamment une forte amélioration de leur stabilité. En outre, une cavité optique, similaire à celle utilisée dans les capteurs de gaz à haute sensibilité, permet d'augmenter considérablement la longueur d'interaction entre les faisceaux atomiques et la lumière, ce qui accroît la sensibilité du capteur.

-Développement d’une architecture de capteur robuste aux dérives, avec un rapport signal sur bruit optimisé

-Intégration d’une cavité optique dans un réacteur de dépôt : développement d'une procédure d'alignement, démonstration de la stabilité mécanique et développement d’un outil CRDS pour la caractérisation fine de la cavité

-Développement d’une procédure d’acquisition et d’analyse du signal du capteur, et développement d’une interface logicielle pour l’acquisition du signal

-Démonstration d’un SNR jusqu’à près de 10 fois supérieur au SNR des capteurs OFM classiques, rendant accessibles des mesures précises même aux faibles vitesses de croissance

-Mise en place d’une démarche de valorisation (entre autres : dépôt d’un projet de prématuration CNRS)

Le projet a donné lieu au dépôt de 3 brevets en cours de revue, protégeant les différentes innovations implémentées dans le capteur (cavité optique, spectromètre échelle, utilisation d’une source large bande). Ces brevets maintenant déposés, les publications scientifiques vont suivre. Deux articles ont été soumis pour publication récemment : l’un concerne la caractérisation spectrale des raies d’absorption (Optics Express) et l’autre les performances d’un capteur BBCE-OFM pour le contrôle de la croissance de SrTiO3 (Journal of Applied Physics). Plusieurs autres articles vont suivre dont au moins un portant sur la calibration du spectromètre échelle, et un autre sur l’extraction de la vitesse de croissance. Par ailleurs, les résultats du projet ont donné lieu à une conférence invitée dans un workshop international, une présentation orale dans un autre workshop international, et la présentation de posters dans deux conférences internationales

Projet de prématuration : candidature en cours

Vers le développement d'un produit commercialisable

Le dépôt de couches minces est un process technologique clé, et le développement de capteurs permettant un contrôle in-situ en ligne de ce process est donc un besoin important, actuellement couvert par aucune solution satisfaisante. L’objectif du projet est de développer un tel capteur, présentant une précision et une reproductibilité au-delà de l’état de l’art. Notre solution, baptisée CEAS-OFM, fonctionne comme les capteurs par absorption existants, mais comprend une cavité optique (comme dans les systèmes de mesures de traces de polluants) permettant un gain considérable de sensibilité, et un système de correction des dérives du trajet optique pour une stabilité inégalée. Un brevet est en cours de dépôt par le CNRS et RIBER (leader mondial des réacteurs de croissance MBE et partenaire du projet), et l’objectif du projet est de créer un produit commercialisable, avec le soutien d’un troisième partenaire, l’ILM, spécialiste de la spectroscopie d’absorption en cavité.