Synthesis and characterization of an organic-inorganic hybrid material based on epoxysilane: Applications to photonic devices fabrication
Synthèse et caractérisation d'un matériau hybride organique inorganique à base d'un époxysilane : Application à la réalisation de circuits photoniques
Résumé
In the last few years, hybrid organic-inorganic materials were particularly attractive materials for integrated optics circuits fabrication. An inorganic network is synthesized by sol-gel process at ambient pressure and temperature. The organic network is performed by UV photopolymerisation process using an appropriate photoinitiator. The more advanced and industrialised material is based on a mixture of 3- (trimethoxysilyl)propylmethacrylate (MAPTMS) and Zirconate propoxide chelated by methacrylic acid. For this kind of materials, the polymerization of the organic network is based on free radical curing under UV laser exposure. This type of polymerization has some disadvantages, in particular to be inhibited by oxygen. The main objective of this work is to remove this difficulty by developing a new generation of hybrid materials. We chose the [2-(3,4 epoxycyclohexylethyltrimethoxysilane)] (EETMOS) as precursor. In this case, the organic polymerization is on a cationic way. The main advantage of cationic polymerization is its ability to allow cure reaction even in presence of oxygen. We chose cycloaliphatic compounds because of their well known high polymerization rates. Moreover, the synthesis is simplified allowing better reproducibility. In the same way, we tried to improve laser writing resolution by using a wavelength of 262 nm which requires the choice of an appropriate photoinitiator. The work is based on the study of the material in near infrared (especially 1.3 and 1.55µm, telecommunications wavelengths). In these spectral windows, the OH groups, originating from synthesis, compete with propagation of the light by absorption process. To improve the material, a structural study is performed from the sol synthesis to the complete structure elaboration.
Les matériaux hybrides organiques-inorganiques sont largement utilisés en optique intégrée. La réalisation de circuits photoniques sur ce type de matériaux est faite en créant une polymérisation de la partie organique, notamment par écriture laser. La partie inorganique permettant de former le réseau minéral est synthétisé par hydrolyse et condensation (procédé sol-gel). Des travaux antérieurs ont montré l'efficacité d'une composition basée sur un mélange de Methacryloxypropyltrimethoxysilane (MAPTMS) et de propoxyde de Zirconium. La polymérisation de la partie organique du MAPTMS est de type radicalaire. Son principal inconvénient est son inhibition en présence d'oxygène. L'objectif principal de ce travail est donc de pallier à cet inconvénient par le développement d'une nouvelle génération de matériaux hybrides photopolymérisables. Notre choix s'est porté sur un matériau hybride dont la polymérisation de la partie organique se fait non plus par voie radicalaire mais par voie cationique. Ce type de matériau possède l'avantage supplémentaire d'une plus grande simplicité de synthèse et donc d'une meilleur reproductibilité des propriétés finales. Le précurseur choisi est le 2-(3,4 epoxycyclohexylethyltrimethoxysilane) ou EETMOS. Il possède un groupement de type epoxy connu pour permettre une meilleure adhérence sur de nombreux substrats (silicium, verre, plastique?). Parallèlement, nous avons cherché à améliorer la résolution de l'écriture laser dans la conception des circuits. Pour cela, nous avons diminué la longueur d'onde du laser utilisé de 365 à 262 nm. Ceci nous a conduit au choix d'un amorceur spécifique de polymérisation. Le travail est centré sur l'étude des performances du matériau dans le proche Infrarouge et particulièrement dans les fenêtres optiques des télécommunications (1,3 et 1,55 µm). La transmission optique autour de ces longueurs d?onde est limitée par les groupements OH créés durant la synthèse du matériau et dont la conséquence est d?engendrer une atténuation de l?intensité du rayonnement lors de la propagation de la lumière dans le matériau. Afin d'optimiser le matériau, une étude structurale a été réalisée depuis la synthèse du sol jusqu'à l'obtention des dépôts et enfin l'intégration du matériau dans une structure guidante.
Loading...