Analyse spatio-temporelle du dépôt d'énergie par laser infrarouge intense pour la modification contrôlée du silicium
Auteur / Autrice : | Margaux Chanal |
Direction : | Olivier Utéza, David Grojo |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Optique, Photonique et Traitement d'Image |
Date : | Soutenance le 14/12/2017 |
Etablissement(s) : | Aix-Marseille |
Ecole(s) doctorale(s) : | Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire lasers, plasmas et procédés photoniques (LP3) (Marseille) |
Jury : | Président / Présidente : Hugues Giovannini |
Examinateurs / Examinatrices : Stefan Nolte, Andrei Rode | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Nadezhda Bulgakova, Inka Manek-Hönninger |
Mots clés
Résumé
La modification du silicium dans son volume est possible aujourd’hui avec des lasers infrarouges nanosecondes. Néanmoins, le régime d’intérêt pour la modification contrôlée en volume des matériaux transparents correspond aux impulsions femtosecondes. Cependant, aujourd’hui aucune démonstration de modification permanente du volume du Si n’a été réalisée avec une impulsion ultra-brève (100 fs). Pour infirmer ce résultat, nous avons développé des méthodes de microscopie infrarouge ultra-rapides. Tout d’abord, nous étudions le microplasma confiné dans le volume, caractérisé par la génération de porteurs libres par ionisation nonlinéaire du silicium, suivie de la relaxation totale du matériau. Ces observations, couplées à la reconstruction de la propagation du faisceau dans le matériau, démontrent un dépôt d’énergie d’amplitude fortement limitée par des effets nonlinéaires d’absorption et de propagation. Cette analyse a été confirmée par un modèle numérique simulant la propagation nonlinéaire du faisceau femtoseconde. La compréhension de cette limitation a permis de développer de nouvelles configurations expérimentales grâce auxquelles l’endommagement local et permanent du volume du silicium a pu être initié en régime d’impulsions courtes.