SPARC

Imagerie par cathodoluminescence

SPARC est un système d’imagerie par cathodoluminescence pour l’étude des nano et microstructures photoniques offrant une sensibilité inégalité avec une grande polyvalence d’applications.

Le système SPARC est capable de proposer une résolution spatiale de moins de 10 nm sur la gamme spectrale complète UV-VIS-IR. Il permet aussi une spectroscopie à résolution angulaire du rayonnement émis.
Monté sur une platine piézoélectrique de précision, le miroir parabolique réalise des mesures quantitatives avec un taux de collecte efficace. Aucun autre système sur le marché n’offre cette combinaison unique de spécifications.

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Capacité du système SPARC

Le système SPARC offre une méthode unique d’étudier les Nano et micros-structures photoniques avec une profondeur de résolution sub- longueur d’onde.

Il peut être utilisé pour les études sur les échantillons métalliques (plasmonique, Ag, Au, etc …), diélectrique (SiO2, Si3N4, TiO2, etc…) et les structures nano photoniques des semi-conducteurs (SI, GaAS, CdTe, etc …) pour servir des applications telles :

  • Mode de résonance spectrale
  • Distribution de champ modal
  • Dispersion modale dans des guides d’onde
  • Structure de bande de cristal photonique
  • Mode de cavité à cristal photonique
  • Localisation de lumière
  • Point chaud optique de nanostructures
  • Emission de Quantum dots
  • Emission de structures « Terre-rare »
  • Défaut dans des matériaux optiques
  • Profil d’émission de Lasers, LEDs.

Modes d’imageries

Imagerie par Spectroscopie cathodoluminescente sous angle à haute résolution

Le système SPARC est capable de proposer une résolution spatiale de moins de 10 nm sur la gamme spectrale complète UV-VIS-IR. Il permet aussi une spectroscopie à résolution angulaire du rayonnement émis.
Monté sur une platine piézoélectrique de précision, le miroir parabolique réalise des mesures quantitatives avec un taux de collecte efficace. Aucun autre système sur le marché n’offre cette combinaison unique de spécifications.

Spectroscopie par Cathodoluminescence : Résolution spatiale sub-longueur d’onde

Le faisceau d’électrons focalisé d’un MEB se comporte comme une source de dipôle rayonnant à la position d’impact des électrons. Le champ électrique généré par ce faisceau d’électrons excite les modes photonique et de résonance des micros et nanostructures sur la gamme spectrale complète s’étendant de l’UV-VIS-IR.

Les radiations optiques de ces modes et résonances sont collectées par un miroir parabolique placé In-Situ au sein du MEB entre l’échantillon et la colonne du faisceau d’électron. Le faisceau d’électrons peut facilement être focalisé à un diamètre de sport < à 10 nm.

Cette technique permet une spectroscopie optique avec une résolution spatiale meilleure que 10 nm, soit 50 à 100 fois plus petite que la longueur d’onde optique.

Analyse spectrale : Mesure de la densité locale des états optiques

La collecte des radiations de l’échantillon excité est spectralement analysée pour chaque position du faisceau d’électrons. De cette façon, une cartographie spectrale à 2 dimensions de l’objet réémis est enregistrée. Cette carte correspond à la mesure directe de la densité locale des états optiques « LDOS ». LDOS peut être déterminé avec une résolution spatiale meilleure que 40 nm à toutes les longueurs d’onde.

Mesure angulaire : spectroscopie dynamique

Le système SPARC est aussi équipé d’une caméra CCD qui enregistre les profils de faisceaux optiques collectés par le miroir parabolique. De ces profils, on peut en obtenir le diagramme de rayonnement de résolution angulaire d’un échantillon permettant de faire de la spectroscopie dynamique.
Mesure de vecteur d’onde lumineuse dans le plan pour chaque fréquence et position d’excitation. En utilisant cette technique, les structures périodiques et apériodiques des bandes locales peuvent être déterminées avec une résolution spatiale meilleure que 10 nm.


SPARC : nouveau Design pour un alignement parfait et une haute sensibilité.

La détection efficace de l’émission cathodoluminescente impose des exigences strictes dans l’alignement et la sensibilité de collecte.

Lorsque le système SPARC est installé, le module extérieur monté sur rail permets d’intégrer facilement différents détecteurs ou composants optiques (filtres, polariseurs, miroirs).

SPARC possède 3 caractéristiques de conception unique :

  • Le miroir diamant du demi-miroir parabolique possède un angle de collecte important (1.46 π.sr) et opère sans aberration chromatique ou de surface sur une large gamme spectrale.
  • Un système d’alignement piézoélectrique 4 axes est utilisé pour l’alignement de la focalisation du miroir de collecte avec la position d’impact du faisceau d’électrons. La précision de la platine et essentielle pour réaliser des mesures quantitatives en mode standard ou en mode angle résolu.
  • La lumière ainsi collectée de l’échantillon est couplée avec une fibre optique multimode qui guide efficacement le faisceau au spectromètre. La configuration sépare le système d’alignement du miroir du système d’alignement du spectromètre et assure un système de collecte à haut rendement.

Intégration de SPARC au sein de votre MEB

Le système SPARC est monté sur une des brides de la chambre à vide de votre MEB. Une carte optique légère est directement montée sur la bride du SEM assurant que l’échantillon et le système Optique SPARC soient sur la même plateforme vibratoire. Le support « haute précision » du miroir en titane est installé sur la platine échantillon de votre MEB au sein de la chambre. Monté et démonté la « platine miroir » ne nécessite pas plus de 5 minutes.

Un logiciel dédié pour l’alignement et pour la calibration avant mesure quantitative de cathodoluminescence est inclus. Le logiciel DELMIC étant en Open Source, il permet à l’utilisateur d’intégrer ses propres fonctionnalités.

Le système SPARC peut être intégré dans la plupart des MEB.

Monture de miroir commandée par un système piezo pour une collecte efficace, maximum de photons et afin de pouvoir réaliser des expériences réellement reproductibles

Le design du miroir parabolique à façon assure une efficacité maximum sans artefacts de mesure

Logiciel d’analyse dédié pour utilisation conviviale.

La spectroscopie par Cathodoluminescence fournit de nombreuses informations (X, Y, longueur d’onde, intensité, angle, polarisation) dans une période de temps optimum.
Le logiciel dédié permet de réaliser des cartographies de radiation 2 dimensions, profile de radiation angulaire et coupes transversales des données.

Le Système SPARC est un transfert de technologie du FOM-Institute AMOLF à Amsterdam.

Spécifications et Options

Assemblage miroir
  • Monture du miroir sur platine de translation/rotation de haute précision en Titane
  • Moteurs piézoélectriques pas à pas contrôlés par PC
  • Précision en x, y < 10 nm, précision θ, φ <1 µrad
  • Semi miroir parabolique, traitement Aluminium de haute précision, angle de collecte 1.46 π sr, rugosité de surface < 20 nm
Système d’analyse optique
  • Design de la carte optique dans une enceinte étanche intégrée à l’ensemble du montage SEM
  • Miroirs et lentilles achromatiques avec traitement de surface de qualité dans la gamme de longueur d’onde 400 à 1700 nm
  • Bascule électrique contrôlée de la commutation à distance entre l’imagerie et les modes angulaires CL
  • Montures de filtres et filtres passe-bande 50 nm pour la mesure de l’angle résolu
  • Polariseurs
  • Assemblage optique couplé par fibre optique
Spectromètre/ détection
  • Spectromètre optique type « Czerny-Turner », couplage optique, contrôlé par PC avec 3 réseaux interchangeables à façon
  • Barrette de détecteurs, thermo-électriquement refroidie, gamme de longueur d’onde λ =400 à 900 nm ou barrette de détecteurs CCD avec capteur InGaAs afin de couvrir la gamme de longueur d’onde λ =900- à 1700 nm
  • Tube photomultiplicateur pour un alignement ultra-rapide et un taux de comptage vidéo CL dans la gamme de longueur d’onde λ = 400 à 900 nm
  • Caméra CCD thermo-électriquement refroidie, 1024 x 1024 pixels pour acquisition CL résolue en angle
Acquisitions des données

En mode spectroscopie

  • Imagerie hyper spectrale 1D et 2 D
  • Temporisation par position du faisceau d’électrons : 1 µs- 1 s
  • Résolution spectrale : 1 nm

Mode résolu en angle

  • Gamme d’angle de collecte : jusque 1.46 π.sr
  • Résolution angulaire : < 10 mrad
  • Résolution spectrale : dépend de la largeur du filtre passe-bande (typiquement : 50 nm)
  • Acquisition simultanée des électrons secondaires et des signaux de cathodoluminescence
  • Mesure de la polarisation spatiale résolue et de la distribution angulaire
Équipement SPARC
  • Conception d’un assemblage dédié pour intégration au sein d’une chambre MEB
  • Contrôle par PC du réseau du spectromètre, de la lecture des détecteurs CCD, de la caméra d’imagerie CCD, des entrées externes pour interface x-y de la platine du MEB, contrôle de la monture du miroir, de la lecture des données du photomultiplicateur
  • Pilotage et alimentation des moteurs piézoélectriques pas à pas, du spectromètre, des détecteurs CCD, de la caméra CCD pour imagerie et du PMT.
Logiciel/Analyses des données
  • Contrôle et alignement de la monture du miroir
  • Traçage des images spectrales 1D et 2 D, recoupage transversal des données spatiales et angulaires, comparaison avec images MEB, traçage de la distribution des rayonnements angulaires