Effet électro-optique dans le niobate de strontium barium (SrxBa1-xNb2O6) en film mince.
Résumé
La modulation électro-optique est une fonction clef dans le domaine des technologies optiques, généralement assurée par des cristaux ferroélectriques tels que le niobate de lithium (LN). La mise en œuvre de l'effet électro-optique dans un film mince offre la possibilité de réduire de plusieurs ordres de grandeur la tension de modulation (du kV au Volt) et la taille des composants. Elle ouvre également la voie, par micro-nano structuration des films, à la réalisation de composants actifs à bande interdite photonique électriquement accordable. De multiples fonctionnalités nouvelles peuvent être envisagées. L'enjeu est considérable dans le domaine du transport de l'information et des composants photoniques. Notre objectif était donc le développement de films actifs aux propriétés électro-optiques (effet Pockels) héritées de celles du cristal et nous avons choisi le niobate de strontium barium SBN (SrxBa1-xNb2O6) à cause de son exceptionnel coefficient électro-optique à l'état cristallin. Nous avons obtenu des films épitaxiés sur des substrats MgO recouverts de platine en utilisant la technique de pulvérisation RF magnétron de cibles céramiques [1,2]. Ces films présentent une très forte non-linéarité diélectrique, des propriétés ferroélectriques et électro-optiques [3]. Les méthodes qui ont été mises au point pour déterminer les coefficients électro-optiques d'un film mince s'appuient généralement sur des approximations drastiques, des relations présupposées entre les coefficients, et elles négligent souvent les autres effets du champ (piézoélectricité et électro-absorption). La méthode que nous avons mise au point ne fait appel à aucune de ces approximations et détermine simultanément les différentes contributions à la réponse observée (électro-optique, piézoélectricité, électro-absorption). Nous présentons cette méthode et les propriétés électro-optiques ainsi déterminées d'un film SBN. Nous montrons que piézoélectricité et électro-absorption contribuent de façon significative à la réponse globale à basse fréquence. Les propriétés électro-optiques du film (r33=39 pm/V) sont inférieures à celles du cristal massif SBN de même composition (r33=237 pm/V) mais supérieures à celles d'un cristal de niobate de lithium (r33=31 pm/V). Les filières film mince LN [4,5] et SBN sont comparées en tenant compte de la différence entre les permittivités diélectriques de ces deux matériaux. Références : [1] M. Cuniot-Ponsard, J.M. Desvignes, B. Ea-Kim, E. Leroy, J. Appl. Phys. 93(3),1718-1724 (2003). [2] M. Cuniot-Ponsard, J.M. Desvignes, A. Bellemain, Journal of Materials Science 41, 5302-5309 (2006) [3] N. Boulay, M. Cuniot-Ponsard, J.M. Desvignes, A. Bellemain, Ferroelectrics, 353, 10-20 (2007) [4] P. Rabiei and P. Günter, Appl. Phys. Lett. 85 (20), 4603 (2004) [5] H. Akazawa and M. Shimada, J. Appl. Phys. 98 113501 (2005)