Thèse soutenue

Optimisation d’un processus de fabrication de polymérisation multiphotonique massivement parallélisé et des performances d’une imprimante 3D nano ultra-rapide
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Auteur / Autrice : Luis Adrian Perez-Covarrubias
Direction : Kevin Heggarty
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Photonique
Date : Soutenance le 14/12/2021
Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département Optique
Jury : Président / Présidente : Isabelle Ledoux-Rak
Examinateurs / Examinatrices : Kevin Heggarty, Pierre Ambs, Patrice Baldeck, Alexandre Khaldi
Rapporteurs / Rapporteuses : Isabelle Ledoux-Rak, Pierre Ambs

Résumé

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Les structures submicroniques sont aujourd’hui utilisées dans de nombreuses applications dans divers aspects de l’humanité. La fabrication industrielle rentable de telles structures entièrement 3D est très difficile avec les techniques lithographiques traditionnelles actuelles qui sont généralement limitées, en pratique, à la fabrication de structures 2D ou 2,5D. Nous présentons nos contributions au développement et à l’optimisation du processus de fabrication massivement parallélisé de la polymérisation multiphotonique (MPP) à partir d’éléments optiques diffractifs (EOD) et de modulateurs de lumière spatiaux (SLM) pour écrire simultanément avec des matrices de faisceaux. Un obstacle majeur et inattendu a été rencontré : les faisceaux des coins et des bords des matrices étaient fréquemment sous-polymérisés par rapport aux spots du centre. Nous présentons notre simulation phénoménologique numérique qui a permis de comprendre et prédire ces effets de proximité dans la nanofabrication parallèle. Avec ces simulations, plusieurs expériences systématiques ont été réalisées pour réduire ou utiliser l’effet de proximité. Ensuite nous présentons plusieurs stratégies de tracée innovantes développés autour de réseaux fixes des pots 1D et 2D, en ajustant le nombre et l’espacement des spots et/ou la fréquence de répétition du laser et/ou la vitesse de balayage afin de contrôler le chevauchement des impulsions des spots laser et d’optimiser le taux de tracé global. Nous montrons enfin les résultats préliminaires de structures3D non-périodiques fabriquées à l’aide d’un SLM imagé dans une nouvelle résine MPP ultra-sensible. La recherche et le développement dans cette thèse contribuent ainsi à l’extension de la fabrication MPP à des domaines qui sont actuellement inaccessibles industriellement.