LE CEA LE RIPAULT FORME

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Type de contrat doctorat

MATERIAUX & APPLICATIONS

Sujet :

Réalisation de couches minces à fonctions optiques maitrisées par technique d’évaporation magnétron (PVD)

Contexte :

Dans le cadre de l’amélioration de la tenue au flux laser de miroirs utilisés en régime sub-picoseconde sous vide, les procédés de dépôt par pulvérisation présentent l’avantage d’obtenir des couches denses donc quasi insensibles à l’environnement d’utilisation. En revanche ces couches sont contraintes en compression générant ainsi une déformation conséquente du substrat dans le cas d’un empilement multicouches. Cette déformation doit être réduite et maîtrisée pour qu’un composant utilisé en réflexion tel qu’un miroir ou un réseau de compression soit utilisable sur une ligne laser de puissance.
De plus, la tenue au flux laser de l’empilement est étroitement liée au choix du matériau haut-indice de l’empilement et des résultats récents ont permis d’identifier l’oxyde de scandium (Sc2O3) comme un candidat d’intérêt.

Objectif de la thèse :

La thèse proposée ici consiste donc à explorer le potentiel en termes de tenue au flux et de contraintes du couple de matériaux Sc2O3/SiO2 déposés par pulvérisation cathodique. D’autres matériaux pourront également être étudiés selon leur intérêt potentiel au regard des 2 paramètres précédemment cités.
Déroulement de la thèse :
Dans un premier temps, le(la) candidat(e) devra s’approprier l’état de l’art existant sur la thématique afin d’identifier les verrous technologiques et définir les axes de travail pertinents.
L’étude sera ensuite réalisée selon 3 volets d’études :

    1. étude et caractérisation des matériaux déposés par pulvérisation cathodique
    L’objectif est de définir les paramètres de dépôt, les opérations post-traitement (recuit…) et la nature des substrats permettant d’obtenir le meilleur compromis tenue au flux laser/contraintes. Les matériaux seront étudiés en monocouche dans un premier temps afin de déterminer leurs propriétés intrinsèques (TFL, contrainte intégrée, indice de réfraction) et sélectionner les meilleurs paramètres process. Cette phase nécessitera l’utilisation d’équipements de fabrication (bâti de dépôt, four de recuit…) et des moyens de caractérisation variés : ellipsomètre et spectrophotomètre pour les propriétés optiques, banc de TFL, profilomètre, interféromètre ou autre technique pour les contraintes.

    2. calculs d’empilements optimisés en termes de TFL et contraintes
    Il s’agira ici d’adapter une méthode de calcul d’empilements développée précédemment au CEA en ajoutant un critère supplémentaire de contrainte intégrée. A cette étape seront également prises en compte les incertitudes liées aux procédés de dépôt et post-traitement. Cette approche devra permettre d’extraire les empilements les plus favorables en termes de tenue au flux laser et de contraintes.

    3. fabrication et caractérisation des empilements optimisés numériquement

A l’issue de l’étape 2 des premiers empilements seront fabriqués et caractérisés. Les propriétés des matériaux en multicouches seront alors réévaluées et réinjectés en étape 2 pour définir de nouveaux empilements si nécessaire.

L’étudiant(e) sera basé(e) sur le site du CEA Le Ripault à Tours et travaillera en collaboration avec le CEA CESTA à Bordeaux et l’Institut Fresnel à Marseille.

Directeur de thèse et école doctorale :

MARCEL Corinne
Ecole Doctorale EMSTU / Université de Tours
Energie-Matériaux-Sciences de la Terre et de l’Univers

Encadrant :

PIOMBINI Hervé
CEA/Le Ripault – BP16 – 37260 Monts
Tél. : 02.47.34.40.00 – herve.piombini@cea.fr

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