Caractérisation de couches minces nanostructurées par ellipsométrie spectroscopique : application aux propriétés optiques isotropes et anisotropes de nanoparticules sphériques et ovoïdes de cobalt

Characterization of nanostructred thin layers by spectroscopic ellipsometry : application to the isotropic and anisotropic optical properties of spherical and ovoid cobalt nanoparticules

• Auteur / Autrice : Mickaël Gilliot
• Direction : Luc Johann
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de la matière et des matériaux
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Metz
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPMD - Laboratoire de Physique des Milieux Denses - EA 3469

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux nanostructurés

Cobalt -- Couches minces

Mots clés libres

Nanostructures

Cobalt

Ellipsométrie

Milieux effectifs

Anisotropies

Magnéto-optique

Instrumentation

Résumé

Des couches minces constituées de nanostructures de cobalt de taille caractéristique de 4 à 110 nanomètres, obtenues après implantation d’ions Co+ dans une couche mince de silice sur substrat de silicium, ont été caractérisées par ellipsome��trie spectroscopique. Un modèle optique permet de rendre compte précisément de la structure de la couche implantée. Après une étude exhaustive des différents effets tels que profil d’implantation, effet de taille, oxydation des particules et défauts d’irradiation dans la silice, il a été montré que la couche nanostructurée peut être représentée pour une couche effective constituée d’un mélange de nanograins de cobalts et de silice contenue entre deux couches de silice. Les perspectives et applications offertes par ce modèle sont très nombreuses. Il sert notamment à l’étude des couches nanostructurées composées de structures de cobalt de forme ovoïde par ellipsométrie généralisée. Des méthodes instrumentales et théoriques spécifiques à l’anisotropie ont été développées. Un lien entre l’anisotropie de forme et l’anisotropie optique a été établi. L’ellipsométrie permet d’accéder à la géométrie de l’échantillon ainsi que d’étudier avec précision les propriétés d’anisotropie optique de particules ovoïdes et d’anisotropie magnéto-optique mises à profit dans le futurs dispositifs de stockage de données.

Thin layers containing cobalt nanostructures in the [4-10] nanometers size range, obtained after implantation of Co+ ions into a silica thin layer on silicon substrate, have been characterized by spectroscopic ellipsometry. An optical model makes it possible to precisely return account of the structure of the implanted layer. After an exhaustive study of the various effects such as implantation profile, size effects, oxidation of the particles and defects of silica, it has been shown that the nanostructured layers can be represented by an effective layer made of a mixture of cobalt clusters and silica between two layers of silica. The prospects and applications offered by this model are very numerous. It is used in particular for the study of the magneto-optical properties of the cobalt clusters. We have also studied nanostructred layers made of ovoid cobalt particles by generalized ellipsometry. Intstrumental and theoretical methods for anisotropy have been developed. A link between the shape anisotropy and the optical anisotropy has been established. Ellipsometry allows to reach the geometry of the sample and to study accurately the anisotropic optical properties of ovoid particles and magneto-optical anisotropy which could be made profitable in future data storage devices.