STRUCTURAL AND OPTICAL CHARACTERIZATIONS OF NIOBATE LITHIUM THIN FILMS GROWN BY PULSED LASER DEPOSITION
CARACTERISATIONS STRUCTURALES ET OPTIQUES DE COUCHES MINCES DE NIOBATE DE LITHIUM ELABOREES PAR ABLATION LASER
Résumé
The developpement of optics in the telecommunication area and recording technology lead to use specific materials like lithium niobate. Actually devices use bulk LiNbO3 technology and thin films offers the advantage of increasing frequency working, integration and devices size reductions.
First, this work has consisted of determining the growth conditions leading to the elaboration by laser ablation of lithium niobate thin oriented (006) and epitaxially growed onto sapphire (001) substrate. Structurales and microstructurales characterizations leads to check the high crystalline quality of like grown layers. This one exhibit an average thickness of 500 nm for a growth rate about 20 μm/h. Nevertheless, surface roughness, due to a too high laser wavelength ( = 355 nm) used, isn’t compatible with the aim of optical devices. This results leads us to develop the « off-axis » geometry and using lithium enriched target. Improvement of this growing way allow us to obtain films thickness about 100 to 200 nm for a surface roughness of 3 nm.
This films are able to be optically characterized by m-line spectroscopy. Then we have reached to correlate angular width of m-lines with rugosity and obtain for the roughnessless films (Ra = 3 nm) an half angular width of 0.2°.
L’essor de l’optique dans le domaine des télécommunications et des technologies d’enregistrement a conduit à l’utilisation de matériaux spécifiques tels que le niobate de lithium. Actuellement utilisé dans les dispositifs sous forme massive, son évolution en couches minces offre l’avantage d’accroître les fréquences de fonctionnement tout en permettant l’intégration et la miniaturisation de ces dispositifs.
Ce travail a consisté, dans un premier temps, à déterminer les paramètres de croissance aptes à faire croître par ablation laser des couches minces de niobate de lithium, orientés (006) et épitaxiées sur un substrat de saphir (001). Les caractérisations structurales et microstructurales ont permis de vérifier les remarquables qualités cristallines des couches ainsi réalisées. Celles-ci présentant en moyenne une épaisseur de 500 nm pour des vitesses de dépôt de 20 μm/h. Néanmoins, la rugosité de surface de ces couches, induite par une longueur d’onde du laser trop élevée ( = 355 nm), n’est pas compatible avec les applications optiques visées. Ces résultats nous ont conduits à développer un mode de dépôt « hors axe » et à utiliser des cibles enrichies en lithium. Une optimisation de ce mode de croissance a permis d’obtenir des couches de 100 à 200 nm d’épaisseur pour une rugosité de surface de 3 nm.
Ces films ont pu être caractérisés optiquement par spectroscopie des lignes noires. Ce qui nous a permis de corréler les largeurs angulaires de ces lignes noires avec la rugosité et obtenus pour les films les moins rugueux (Ra = 3 nm) une largeur angulaire à mi-hauteur de 0,2°.
Loading...