Combinaisons de procédés lithographiques ascendants et descendants pour la fabrication de nanostructures sur grandes surfaces pour la photonique

Synergetic combination of top-down and bottom-up lithography processes for large scale nanostructures applied to photonics

• Auteur / Autrice : Thomas Bottein
• Direction : David Grosso, Luc Favre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et sciences de la matière. Matière condensée et nanosciences
• Date : Soutenance le 09/07/2018
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (Marseille ; Toulon ; 2008-….)
• Jury : Président / Présidente : Étienne Duguet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Zelsmann, Marco Faustini
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Christophe Sinturel, Nathalie Destouches

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résonateurs optiques

Microlithographie

Matériaux nanostructurés

Nanostructures

Photonique

Mots clés libres

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Résumé

Le but de cette thèse est d'adopter une approche hybride par la combinaison des méthodes de lithographie ascendantes et descendantes pour la fabrication de nanostructures avec des propriétés structurales et optiques d’intérêt. Cette approche multidisciplinaire est un domaine vaste ou les combinaisons prometteuses sont nombreuses mais restent inexplorées jusqu'à présent. Ces travaux vont s’intéresser aussi bien à la chimie des matériaux qu'aux techniques de nanofabrication de salle blanche afin d'apporter des solutions pratiques aux problèmes actuels rencontrés en nanofabrication. Plus précisément, nous nous intéressons à l’étude de certaines techniques de lithographies (en particulier à la nano-impression) et démontrons la possibilité d’améliorer la cadence de fabrication en obtenant des nanostructures sur une échelle de plusieurs centimètres carrés. Les nanostructures fabriquées sont principalement utilisées comme résonateurs de Mie pour leurs propriétés optiques et leur capacité à modifier la lumière incidente. Des démonstrateurs de plusieurs millimètres carrés sont réalisés et montrent des propriétés optiques intéressantes soulignant la viabilité de notre approche.

The scope of this thesis is to adopt a hybrid approach through the synergetic combination of bottom-up and top-down lithography methods to fabricate nanostructures with interesting structural and optical properties. This multidisciplinary approach is a vast fruitful field where many combinations are promising but remains unexplored so far. By taking interest in, and bringing together, both materials chemistry and clean-room nanofabrication techniques, this work tries to find practical solutions to tackle some of the current challenges in nanofabrication. In details, we focus on the study of selected lithography techniques (in particular nanoimprint) and demonstrate the possibility to increase the fabrication throughput and obtain nanostructures on a centimeter scale. The nanofabricated structures are then mainly used as Mie resonators for their optical properties and their ability to modify incoming light. Demonstrators of several millimeters are produced and are shown to exhibit interesting optical properties; emphasizing the feasibility of our approach.