Spectroscopie par diffusion Brillouin de la lumière
La spectroscopie de la lumière diffusée inélastiquement par effet Brillouin repose sur la détection et l'analyse de la lumière laser diffractée par les fluctuations de l'indice de réfraction d'un milieu. Ces fluctuations sont provoquées par les phonons de volume ou de surface du milieu. Les fréquences acoustiques ou d'ondes de spin sont accessibles dans la gamme 3 à 150 GHz. La technique permet notamment d'estimer les vitesses de phase acoustiques dans les milieux denses et les films minces. Notre installation est construite autour d'un interféromètre commercial Tandem Fabry-Perot JRS (The Table Stable).
Figure 1 : Interféromètre commercial Tandem Fabry-Perot JRS.
La plateforme PHEMTO
La plateforme PHEMTO (PHEnomènes et Métrologie Thermiques femtOsecondes) utilise un double laser femtoseconde Ytterbium:verre (modèle t-Pulse Duo, Amplitude Systèmes) afin de réaliser des mesures pompe-sonde hétérodynes. La mesure de la thermo-réflectance résolue en temps renseigne sur les propriétés thermiques (conduction de chaleur, résistance d'interface) d'échantillons multi-couche. La plateforme permet également des mesures de type acoustique picoseconde: la propagation des ondes de surface peut être cartographiée au cours du temps. La vitesse des ondes élastiques de volume peut également être obtenue par des mesures de type temps de vol ou oscillations Brillouin.
La plateforme a été conçue en collaboration avec le LOMA (Laboratoire Ondes et Matière d'Aquitaine) à Bordeaux, dans le cadre d'un projet financé par l'ANR (ANR P2N PHEMTO). Elle a également reçu le concours du RTB et du CEA-Leti.
Figure 2 : La plateforme PHEMTO en opération
Figure 3 : Quatre instantanés de la formation d'une onde de surface dans les premiers instants suivant l'impactd'une impulsion laser femtoseconde. Le décalage temporel entre les instantanés peut être ajustée à volonté.
Caractérisation des dispositifs électro-acoustiques
Nous sommes équipés pour la caractérisation électrique des dispositifs microacoustiques dans le domaine RF typique des communications sans fil ainsi que des technologies SAW/BAW. Une station manuelle de test sous pointe RF (Süss PM5) associée à un analyseur de réseau vectoriel (Agilent E5071C vector network analyzer, VNA) permet la caractérisation sur puce des dispositifs électriques et électroacoustiques dans la gamme de fréquence 9 kHz - 20 GHz. Les dispositifs montés sur plaquette ou dans un boîtier peuvent évidemment étre caractérisés avec le VNA seul (kit de calibration : Agilent 85033E). Principales caractéristiques techniques :
- chuck à vide de 6” pour des subtrats de of 10 mm x 10 mm jusqu'à des plaquettes de 150 mm, mouvements X, Y, Z et theta ;
- Supports de pointes magnétiques PH110 ;
- Platforme d'isolation des vibrations VIP600 ;
- Microscope MOTIC PSM1000, course 50mm x 50 mm, objectifs à longue frontale 2X, 10X, and 20X ;
- Caméra CCD 1/2 Couleur + moniteur 15'' TFT.
Pointes RF disponibles (d'autres pointes RF peuvent être adaptées aux supports PH110) :
- Cascade Microtech /Z/ Probe Classic (AE-Z10-GS-250 and AE-Z10-SG-250): nickel tips, DC-10 GHz, ground-signal configuration, 250 μm pitch ; associated calibration substrate: CSR-6 50-250 GS/SG.
- GGB Industries Picoprobe (40A-GS-200-P-N and 40A-SG-200-P-N): nickel tips, DC-40 GHz, ground-signal configuration, 200 μm pitch ; associated calibration substrate: CS-8.
Interferométrie optique hétérodyne
Nous avons développé différents interféromètres optiques hétérodynes permettant la mesure des vibrations sur une large gamme de dispositifs. L'hétérodynage permet une mesure auto-calibrée de l'amplitude absolue des vibrations hors-plan. En déplaçant l'échantillon sur des platines de précision, nous pouvons produire des cartographies de la propagation des ondes de surface. Un avantage distinctif de cette technique d'imagerie est que chaque onde potentiellement excitable peut être interrogée individuellement en ajustant la fréquence. Nos interféromètres sont adaptés aux mesures absolues d'amplitude jusqu'à 12 GHz pour les dispositifs BAW. La résolution spatiale est de l'ordre de 1 µm.
Figure 4 : Caractérisation optique d'un guide d'onde phononique formé dans un réseau carré de trous dans un substrat de niobate de lithium. Les cartographies de l'amplitude de vibration hors-plan sont obtenues à des fréquences situées (a) et (b) dans (712 and 820 MHz) et (c) hors (940 MHz) de la bande interdite phononique.