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CARACTERISATION DES ESPECES GENEREES PAR L’ABLATION
LASER DU GdCOB EN VUE DE LA PREPARATION DE FILMS
MINCES OPTIQUEMENT ACTIFS
R. Chety-Gimondo, S. Kilburger, F. Aubriet, E. Millon, A. Delcorte, C. Poleunis, P. Bertrand
1 LSMCL, Université Paul Verlaine, Metz, France. 2 PCPM, Université catholique de Louvain, Belgium
La PLD (pulsed-laser deposition) permet la croissance de films stœchiométriques à une
température de substrat modérée et sous atmosphère réactive. La caractérisation des films
minces élaborés à différentes températures et pressions d’oxygène montre l’importance de la
maîtrise des conditions de croissance pour obtenir des couches d’excellentes qualités morpho
structurales.
L’oxoborate de gadolinium et de calcium, GdCa 4 O(BO 3 ) 3 (GdCOB) présente des propriétés
optiques non-linéaires intéressantes (doublage de fréquence). La croissance de films minces
de GdCOB afin de pouvoir disposer de structures optiquement guidantes potentiellement
utilisables dans les dispositifs intégrés en optoélectronique constitue l’objet de ces travaux.
L’ablation de GdCOB massif à l’aide d’un laser excimère ArF (193nm, 23ns) permet la
croissance sur substrat de quartz de films stœchiométriques à une température de substrat
modéré (T = 750°C) et sous atmosphère réactive d’oxygène (P(O 2 ) = 0,44mbar). [1]
Bien que les mécanismes d’interaction laser-matière soient connus depuis le début des années
90, le transfert de matière entre la cible et le substrat n’est pas encore complètement maîtrisé.
Toutefois, le contrôle de la distribution spatiale des différentes espèces au sein du plasma
d’ablation est nécessaire à l’obtention de films minces de bonne qualité. En particulier, nous
avons porté notre intérêt sur la distribution spatiale du bore, du calcium et du gadolinium dans
le plasma d’ablation du GdCOB. Par cela, des films de GdCOB sont élaborés sur un substrat
de silicium placé parallèlement à la plume générée par l’ablation de la cible de GdCOB par le
laser excimère ArF. L’analyse physico-chimique de la surface de ces films a été réalisée de
façon ponctuelle. La spectroscopie de rétrodiffusion des ions (RBS ; Rutherford
backscattering spectroscopy) et la spectroscopie de masse des ions secondaires à temps de vol
(ToF-SIMS) ont permis un contrôle de la composition chimique et de la distribution des
espèces dans le film mince en fonction de la pression d’oxygène. La microscopie à force
atomique (AFM) est également utilisée afin d’examiner leur morphologie de surface et
d’observer ainsi indirectement la propagation des agrégats au sein de la plume d’ablation dans
sa direction d’expansion.
Référence :
[1] R. Chety, E. Millon, A. Boudrioua, J.C. Loulergue, A. Dahoun, J. Perrière
Journal of Material Chemistry, 11, 657-659, 2001