Thèse soutenue

Fabrication et simulation optique de nanostructures périodiques et leurs applications

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Auteur / Autrice : Jia Liu
Direction : Régis Orobtchouk
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Électronique, micro et nanoélectronique, optique et laser
Date : Soutenance le 31/03/2016
Etablissement(s) : Lyon
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
Laboratoire : INL - Institut des Nanotechnologies de Lyon, UMR5270 (Rhône) - Institut des Nanotechnologies de Lyon - Site de l'INSA / INL
Jury : Président / Présidente : Christian Seassal
Examinateurs / Examinatrices : Régis Orobtchouk, Christian Seassal, Gérard Granet, Gilles Lerondel, Maxime Besacier
Rapporteurs / Rapporteuses : Gérard Granet, Gilles Lerondel

Résumé

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Les nanostructures périodiques jouent un rôle important dans le domaine des nanotechnologies, en particulier dans le contrôle des photons. Bien qu'il existe de nombreuses techniques d'usage général pour la fabrication et la simulation optique, nous avons développé une technique de fabrication sur mesure et une méthode de simulation optiques pour les structures périodiques pour accélérer le prototypage à l’échelle du laboratoire et la conception optique. Dans la première partie de cette thèse, nous décrivons une technique lithographique nommée « Laser Interference Lithography » (LIL) à faible coût pour la fabrication de nanostructures périodiques. La technique LIL est combinée avec gravure sèche, gravure humide et technique de gravure électrochimique pour réaliser, respectivement, des trous cylindriques, des pyramides inversées et des réseaux taux de pores bi-périodiques à facteur d’aspect élevé sur le substrat à base de silicium. Les modèles unidimensionnels sur des substrats en verre sont également utilisés comme nanofiltres dans la réalisation de la puce de pré-concentration à faible coût. Dans la deuxième partie, nous décrivons d'abord une méthode de calcul électromagnétique rigoureuse Rigorous Coupled-Wave Analysis (RCWA) conçu pour les structures périodiques. Une description détaillée est donnée pour expliquer la méthode numérique. Ensuite, nous combinons la méthode RCWA et une nouvelle approche proposée de la conception des modèles pseudo-désordonnée pour améliorer le piégeage des photons. A titre d'exemple, nous démontrons que, en ajoutant des structures désordonnées à petite échelle sur des arrangements périodiques à grande échelle, la performance quant à l’absorption des couches minces de silicium peut être grandement améliorée.