Projet ANR-07-BLAN-0301 – Nanomorphing : Towards dielectric material nano-morphing with ultra-fast lasers
Programme : Blanc (BLANC) 2007
Année de financement : 2007
Coordinateur du projet : COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES - CENTRE D'ETUDES NUCLEAIRES SACLAY (COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES - CENTRE D'ETUDES NUCLEAIRES SACLAY)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique; Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives; École polytechnique; Université Jean Monnet Saint-Étienne
Montant : 460000.0 euros
Date de début : 2007
Durée : 36 mois
Résumé : L'objectif principal de ce projet est l'étude et l'optimisation du nano-usinage direct de matériaux diélectriques par laser ultra-rapide. Au delà du développement d'un outil versatile pour la réalisation de structures 2D et 3D de taille très réduite, ce projet permettra : - une meilleure compréhension de l'interaction laser- matière dans le cas d'impulsions laser utra-brèves avec des matériaux diélectriques pour des intensités laser proches du seuil d'ablation, - démontrer qu'il est possible de directement « nano-usiner » par laser ces matériaux (<100nm) avec une grande précision et reproductibilité, - déterminer qu'elle est la taille limite atteignable (<30 nm ?) par un tel procédé et quels sont les paramètres laser nécessaires. Le développement très rapide de nouvelles sources laser femtosecondes très compactes a ouvert tout un champ de nouvelles applications et la possibilité de travailler les matériaux avec une précision inégalée par les systèmes laser à impulsions plus longues. De très nombreuses études ont démontré les principaux avantages liés à l'utilisation des lasers à impulsions ultra-courtes (<1ps) pour le traitement de diélectriques. On retiendra principalement : l'élimination de dommages collatéraux, la réduction de la zone affectée thermiquement, le caractère déterministe du seuil d'endommagement et la possibilité de réaliser directement des structures dont la taille est inférieure à la limite de diffraction (< 100 nm). Ce résultat récent est très enthousiasmant et encourageant pour le développement d'applications telles que le design et la réalisation de MOEMS, la microélectronique à très haute densité, la nano-fluidique, les mémoires optiques, etc. Aujourd'hui, le défi est de développer un procédé de nano-usinage par laser femtoseconde pratique, rapide et fiable et d'en déterminer les limites en termes de plus petite taille du traitement et de plus grande précision. Cependant pour relever ce défi, les connaissances des mécanismes d'interaction laser- matériaux diélectriques doivent encore progresser. Dans le cadre du projet dénommé Nanomorphing, une attention particulière sera portée sur l'analyse et la compréhension de mécanismes dont la prédominance au cours des différentes étapes d'absorption et de redistribution de l'énergie laser vers le matériau reste encore très controversée. Sont concernés : les différentes voies d'ionisation possibles selon les paramètres laser et les caractéristiques du matériau, l'énergie absorbée par les électrons et sa redistribution dans le matériau, l'influence des défauts (exciton, centres colorés) et les mécanismes d'éjection de la matière. Des études expérimentales mettant en ¿uvre des moyens de diagnostics très performants, couplées à des travaux théoriques basés sur le développement de modèles numériques, seront effectués en étroite collaboration pour faciliter la compréhension de ces mécanismes extrêmement complexes. Les résultats issus de ces travaux fondamentaux seront ensuite exploités pour déterminer la plus petite taille réalisable par interaction laser directe en volume et surface. Une attention particulière sera portée à la reproductibilité des résultats. Ce projet est original sous plusieurs aspects : les phénomènes physiques étudiés, les approches expérimentales et théoriques proposées, les compétences et la complémentarité entre les partenaires. L'originalité de l'étude des phénomènes physiques réside dans le fait que nous proposons une étude fondamentale complète de toutes les différentes étapes conduisant à l'ablation de matériaux diélectriques pour minimiser la taille de la région traitée (ablation et modification). Avec quatre laboratoires (LSI, LOA, LP3 et LaHC) parmi les plus réputés en France dans ce domaine, nous sommes persuadés que les chances de succès sont très importantes. Le « continuum » (physique fondamentale, physique appliquée, procédés) créé par la réunion de ces quatre laboratoires est également une garantie d'un transfert rapide de ce procédé