Une nouvelle technique pour suivre les phénomènes rapides de surface
La réflexion de la lumière est une méthode puissante pour étudier les propriétés de surface. Grâce à sa simplicité, l'ellipsométrie a été utilisée pour étudier les propriétés diélectriques de surface dans des applications pratiques allant de la microélectronique jusqu'à la biologie. Deux entreprises de France et du Royaume-Uni se sont associées avec un centre de recherche en Grèce pour améliorer davantage cette technique, notamment son temps de réponse. Les partenaires du projet SOFORT (SOPRA-FORTH partnership for the development of a microsecond ellipsometer), financé par l'UE, ont réalisé un prototype portable d'ellipsomètre, pré-commercial, pour démontrer sa capacité à étudier des processus ultra rapides survenant en surface. Le prototype contient un laser à impulsions rapide, une cavité résonante et un détecteur. Il associe la technique bien établie de l'ellipsométrie avec une cavité optique résonante. Le projet visait à améliorer la sensibilité ainsi que la résolution spectrale et temporelle. L'introduction d'un prisme dans la cavité a conduit à y réfléchir la lumière du laser. La présence de revêtements diélectriques à la surface du prisme a quintuplé la sensibilité à toute variation de l'indice de réfraction. Cette configuration d'ellipsomètre a permis des mesures de spectroscopie sur une large plage de longueurs d'ondes. Elle utilise un laser blanc large bande ainsi que des miroirs large bande. Un réseau sépare les fréquences optiques en sortie de la cavité, et un ensemble photomultiplicateur permet de détecter 32 canaux en même temps. Les partenaires du projet ont conçu un système rapide d'acquisition de données, basé sur un FPGA et permettant de tirer parti de la fréquence de répétition du laser (de 100 kHz à 1 MHz). Le système améliore notablement la fréquence des mesures ellipsométriques (jusqu'à 1 MHz), permettant l'enregistrement des mesures et leur analyse en temps réel. Les partenaires du projet l'ont utilisé pour suivre des phénomènes à l'échelle de la microseconde, montrant pour la première fois comment des molécules de colorant modifient l'indice de réfraction en surface en fonction de la température. Cette nouvelle technique améliore de plusieurs ordres de magnitude la résolution temporelle de l'ellipsomètre, tout en conservant une configuration technique simple. Le projet a diffusé ses résultats via plusieurs publications.
Mots‑clés
Phénomènes rapides de surface, ellipsomètre, résonateur optique en anneau, résolution microseconde, propriétés de surface
