Etude ellipsometrique de l'interface entre des substrats polymeriques et des couches optiques deposees par plasma
Abstract (summary)
Fabrication of optical films on plastic substrates presents a considerable challenge, due to the necessity to control adhesion and the optical properties of the interface. Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) can be an answer to these challenges. This process allows one to structure the interface via pretreatments, that is via the interaction between plasma and the polymeric material.
In this work, we use spectroscopic ellipsometry to analyse the interfaces formed between PECVD deposited optical coatings and polymeric substrates, which can be pretreated to enhance adhesion. Some ex-situ results are validated by in-situ spectroscopic ellipsometry.
Substrates used are optical grade polycarbonate (PC) and polyethylene terephthalate (PET). Pretreatments are performed in pure helium or nitrogen microwave plasmas. Treated or untreated surfaces are then coated with SiN$\sb{1.3}$ and SiO2.
A crosslinked layer is observed at the plasma-treated PC surface. This skin can extend over a depth of more than 50 nm, over which the refractive index rises gradually toward the surface. For plasma-treated PET, a decrease of the refractive index is observed near the surface.
When PC and PET are coated with SiN$\sb{1.3}$ or SiO2, ellipsometric measurements show interfacial regions with optical properties which differ both from the bulk and from the resulting film material. These transition regions present lower refractive indices than the resulting film material. Generally, transition regions are shallower for plasma-treated substrates.
Finally, the validity and precision of the ellipsometric analysis are discussed, as is the importance of the observed interfacial regions for optical filter fabrication. (Abstract shortened by UMI.)
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La fabrication de films optiques sur des substrats plastiques présente un défi considérable, en raison de la nécessité de contrôler l'adhérence et les propriétés optiques de l'interface. Le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) peut être une réponse à ces défis. Ce procédé permet de structurer l'interface via des prétraitements, c'est-à-dire via l'interaction entre le plasma et le matériau polymère.
Dans ce travail, nous utilisons l'ellipsométrie spectroscopique pour analyser les interfaces formées entre les revêtements optiques déposés en PECVD et les substrats polymères, qui peuvent être prétraités pour améliorer l'adhérence. Certains résultats ex-situ sont validés par ellipsométrie spectroscopique in-situ.
Les substrats utilisés sont le polycarbonate de qualité optique (PC) et le polyéthylène téréphtalate (PET). Les prétraitements sont effectués dans des plasmas micro-ondes d'hélium pur ou d'azote. Les surfaces traitées ou non traitées sont ensuite revêtues de SiN$\sb{1.3}$ et SiO2.
Une couche réticulée est observée à la surface du PC traité au plasma. Cette peau peut s'étendre sur une profondeur supérieure à 50 nm, sur laquelle l'indice de réfraction remonte progressivement vers la surface. Pour le PET traité au plasma, une diminution de l'indice de réfraction est observée près de la surface.
Lorsque le PC et le PET sont revêtus de SiN$\sb{1.3}$ ou SiO2, les mesures ellipsométriques montrent des régions interfaciales avec des propriétés optiques qui diffèrent à la fois de la masse et du matériau du film résultant. Ces régions de transition présentent des indices de réfraction inférieurs à ceux du matériau de film résultant. Généralement, les régions de transition sont moins profondes pour les substrats traités au plasma.
Enfin, la validité et la précision de l'analyse ellipsométrique sont discutées, ainsi que l'importance des régions interfaciales observées pour la fabrication de filtres optiques. (Résumé abrégé par UMI.)