Published June 25, 1993 | Version v1
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Study of silicon oxynitride thin films deposited by RF sputtering for optical applications

Description

This work is based on the study of silicon oxynitride thin films, deposited by RF magnetron sputtering, to realize low losses optical multilayers (absorption, sputtering). At first, we have analysed the variations of the optical and physicochemical properties of the oxynitrides monolayers due to the deposition parameters: the gas partial pressures, the RF power, the target composition, the gas mixture. So, by describing the whole oxynitrides domain from the oxide to the nitride, we have shown the linear variation of the refractive index as well as the strict substitution of oxygen atoms by nitrogen atoms: this is the proof of a simple mechanism of formation. Moreover, thanks to IR spectrophotometric analyses, a model of the oxynitrides amorphous structure has been proposed and confirmed by two approximation methods. At last, we have studied more precisely the absorption (photothermal deflection) and the scattering (scatterrometer CASI) levels of the monolayers and the multilayers synthesized from silicon oxynitrides (antireflective stacks, mirrors). A comparison with the optical performances of classical stacks made of oxide, deposited by ion beam sputtering, have been made and we have proposed some solutions to decrease the two sources of losses. (author)

Abstract (French)

Ce travail repose sur l'etude des couches minces d'oxynitrures de silicium obtenues par pulverisations radio-frequence magnetron reactive en vue de realiser des multicouches optiques de faibles pertes (absorption, diffusion). Tout d'abord, nous avons analyse les variations des propietes optiques et physicochimiques des couches d'oxynitrures liees aux differents parametres du bati de depot: les pressions partielles des gaz, la puissance RF, la nature de la cible et des gaz. Ainsi, lorsque l'on decrit toute la gamme des oxynitrures de l'oxyde au nitrure, nous avons en particulier mis en evidence l'evolution quasi lineaire de l'indice sur un domaine relativement important ainsi que la substitution rigoureuse des atomes d'oxygene par les atomes d'azote: ceci est la preuve d'un mecanisme simple de formation. De plus, grace a des analyses par spectrophotometrie IR, un modele de la structure amorphe des oxynitrures a ete propose: (pseudo-binaire oxyde-nitrure) et verifie par deux methodes d'approximation. Enfin, une etude plus particuliere de l'absorption (photothermie) et de la diffusion (diffusometre CASI) a ete menee sur les couches et sur les multicouches synthetises a partir des oxynitrures (Antireflets, Miroirs). Une comparaison avec les performaces des empilements classiques d'oxydes realises par pulverisation par faisceaux d'ions a pu etre faite et nous avons ainsi propose des solutions pour optimiser les deux sources de pertes. (auteur)

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Original title (French)
Etude des oxynitrures de silicium en couches minces deposees par pulverisation en vue d'applications optiques

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Imprint Pagination
187 p.
Report number
FRNC-TH--12578

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Notes
129 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses