Couches ultra minces d'oxydes préparées par voie sol-gel : étude par résonance de plasmon de surface

• Auteur / Autrice : Arnaud Brioude
• Direction : Jean-Claude Plenet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences. Physique
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Claude Plenet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couches diélectriques

Microscopie électronique en transmission

Luminescence

Plasmons

Sol-gel, Procédé

Résumé

On a réalisé un dispositif d'excitation de couches diélectriques ultra minces (épaisseur entre 1 et 10 nm) par résonance de plasmon de surface. Ce dispositif permet dans un premier temps de déterminer l'indice optique et l'épaisseur de telles couches. Ces films de différents matériaux (TiO2, ZrO2, HfO2,SiO2) sont préparés par la méthode Sol-Gel (dépôt par trempage-tirage). Les échantillons sont formés de l'empilement suivant : substrat (RPyrex, indice 1,477 à 546,1 nm), couche d'argent (évaporation sous vide classique de 50 nm) et couche diélectrique, objet de l'étude. On a mis en place un code de calcul matriciel qui a permis dans un premier temps de préciser les caractéristiques précédentes des échantillons en vue de l'optimisation du couplage optique et dans un second temps de traiter les spectres expérimentaux par ajustement. Pour chaque matériau, on a conduit cette étude optique en fonction des paramètres d'élaboration : dilution de la solution de départ (contrôle de l'épaisseur de la couche déposée), durée (de quelques minutes à quelques dizaines de minutes), température (entre 300°C et 750°C) et mode de recuit (lampe Infra-Rouge ou four tubulaire). On a mené parallèlement une étude structurale par Microscopie Electronique en Transmission afin de préciser les paramètres thermiques des premiers stades de la cristallisation et la nature des phases cristallines qui apparaissent dans cette géométrie particulière de couches ultra minces. Un deuxième dispositif a été conçu pour conduire des études de spectroscopie Raman et de luminescence excitées par plasmons de surface. Les résultats sont reliés à ceux des études structurales et l'efficacité du renforcement Raman est discutée, ainsi que la forme de la luminescence de nanocristaux de CdSe noyés dans une matrice de silice en fonction de la longueur d'onde d'excitation et de l'épaisseur des couches. Ce même dispositif est couplé à un microscope AFM et une étude de la force d'interaction pointe-échantillon est présentée en fonction de l'exication par plasmons de surface et de l'environnement (air-eau) en vue d'une application à l'étude de molécules d'intérêt biologique.