Ablation laser

Statut : en fonction

MPORTANT:

Le port de lunette de protection est obligatoire pour TOUS les utilisateurs du laser Excimer durant son utilisation. De plus, tous les usagers doivent avoir suivi une formation sur la sécurité laser et l'entraînement approprié pour utiliser ce laser. Pour suivre la formation en sécurité laser, vous devez contacter Guy Bernier (guy.bernier_at_usherbrooke.ca).

Tous les équipements dans ce laboratoire ont été acquis grâce au financement de la Fondation Canadienne pour l'Innovation, du Gouvernement du Québec et du Conseil de Recherches en Sciences Naturelles et en Génie du Canada.

Voir consignes de sécurité.

Photo du laboratoire d'épitaxie avancée par ablation laser

Description

Ce système permet la production de couches minces de haute qualité pouvant être utilisées tant pour les études fondamentales que pour l'étude d'applications potentielles (création de nouveaux types de composants électroniques). Nous explorons ces deux axes de recherche, en partie en utilisant les infrastructures du RQMP et du Laboratoire sur les Matériaux Quantiques (notamment les équipements de nanolithographie au département de Génie électrique à l'Université de Sherbrooke), mais aussi avec des collaborations externes.

L'ablation laser (PLD pour pulsed-laser deposition) a connu un développement fulgurant depuis la découverte des supraconducteurs à haute température critique. Cette technique est maintenant utilisée pour la croissance et l'étude de composants à base d'oxydes, par exemple les composants à injection de spins polarisés combinant une couche supraconductrice (YBCO) et une électrode ferromagnétique (LSMO). Dans notre groupe, nous utilisons la PLD pour optimiser par exemple la composition des oxydes de cuivre dopés aux électrons du type Pr_2-xCe_xCuO₄. Puisque la supraconductivité n'apparait que pour une très étroite gamme de compositions (contrôlée par la concentration de Cerium), avec T_c(x) formant un étroit pic autour de x = 0.15, ces matériaux sont très sensibles à toute inhomogénéité, beaucoup plus en fait que leurs cousins dopés aux trous (YBCO, BSCCO,etc.). Cette particularité de leur diagramme de phase limite énormément notre potentiel d'étude en fonction de la composition pour les monocristaux. Cependant, cet aspect est beaucoup moins limitatif dans le cas de couches minces déposées par PLD : un excellent contrôle de la concentration de cerium est donc possible. Nous utilisons aussi la PLD combinée à un système RHEED à haute pression pour fabriquer des hétérostructures de différents oxydes afin de générer des nouveaux états de la matière aux interfaces entre ceux-ci.

Plume dans la petite chambre d'ablation laser Plume de matériau (plasma) dans la grande chambre

Principe de fonctionnement

Une cible de matériau polycristallin (habituellement avec la stoechiométrie visée) est frappée par une impulsion laser à haute énergie (Laser excimer KrF : densité d'énergie typique à la cible de 2 J/cm² avec un taux de répétition de 5 à 10 Hz). Le matériau est pulvérisé dans une chambre à atmosphère contrôlée de la cible vers un substrat maintenu à haute température (~ 700 - 850^oC). Les différents ions et molécules, avec des hautes énergies et mobilités à ces hautes températures, se déposent sur le substrat et forme la structure cristalline désirée, après optimisation de plusieurs paramètres : température, nature et position du substrat, type d'atmosphère et sa pression durant le dépôt, l'énergie du laser, les recuits suivant le dépôt (temps et type), etc. Le but final est d'obtenir des couches épitaxiale qui présenteront une orientation préférentielle de leur structure cristalline par rappor au substrat. Après une exploration approfondie des paramètres mentionnés plus tôt, leurs propriétés devraient s'approcher considérablement de celles obtenues pour des monocristaux. Une sphère d'activités importantes dans ce domaine est l'étude de l'effet d'une "pression" artificielle sur la couche (contrainte due au désaccord des mailles cristallines du substrat et de la couche).