Centrales de Proximité en micro-nanotechnologie

La Centrale de Technologies Spécifique LORraine-ALsace

Présentation

La Centrale de Technologies Spécifique LORraine-ALsace regroupe un ensemble d’équipements pour les micro et nano-technologies. Comme son nom l’indique, ces équipements sont répartis sur deux sites :

  1. Le site Nancéen avec le CC-MiNaLor, Centre de compétences de l’Institut Jean Lamour (UMR 7198). Les équipements sont situés à la faculté des sciences et techniques de Vandoeuvre-lès-Nancy, principalement dans une salle blanche de 88 m2.
  2. Le site Strasbourgeois sur le campus de Cronenbourg est lui-même composé de 2 entités principales (La spécificité des procédés utilisés et les risques de contaminations croisées justifient cette double localisation) :

Le CN2S est installé dans un hall de technologie partagé par deux laboratoires associés à cette plateforme (IPCMS, LIPHT). Deux équipements de pointe sont « délocalisés » dans des laboratoires :

  1. La lithographie électronique avec l’ensemble eFab (salle grise de 30 m2) localisé à l’IPCMS, en proximité directe avec le hall.
  2. La structuration par faisceau d’ions focalisés (FIB) localisée à l’ISIS.

PV-Plateforme : cette plateforme, hébergée à l’InESS, regroupe un grand nombre d’équipements (lithographie optique, dépôts, gravures, traitements thermiques…) dédiés à la fabrication de composants semi-conducteurs et notamment de cellules photovoltaïques.

Les deux sites disposent de moyens de micro-structuration (lithographie optique), de nanostructuration (lithographie électronique et FIB à Strasbourg), de dépôt de couches minces, de
gravure et de caractérisation structurale.

La centrale est ouverte sur un grand nombre de thématiques allant de l’électronique de spin à la plasmonique en passant par le photovoltaïque, les micro et nano-systèmes et les systèmes moléculaires. Les ressources de la centrale sont utilisées par environ 90 personnes d’une quinzaine d’équipes réparties dans dix laboratoires académiques et un industriel. Ces utilisations relèvent en d’une part de la physique fondamentale que ce soit pour les mesures physiques des matériaux ou l’étude des propriétés spécifiques des nanostructures et d’autre part de l’ingénierie pour le développement de micro-capteurs intégrés ou de procédés avancés pour le photovoltaïque ou. La centrale a également une part très importante pour la valorisation de différents sujets notamment en permettant de fonctionnaliser des matériaux à propriétés spécifiques pour la réalisation de capteurs. Enfin, elle prend un rôle de plus en plus important dans les enseignements de nanosciences qui se généralisent dans les cursus des universités et écoles impliquées.

Poster_MiNaLor_small

Equipements

Le montant total d’équipement des deux sites se monte à près de 3,4 M€. Ce montant a été financé grâce aux soutiens de plusieurs PPF, des régions Lorraine et Alsace via des CPER, des Universités Henri Poincaré et Louis Pasteur, mais aussi de plusieurs contrats de recherche
(ADEME, industriels, européens et ANR). Le coût total a été considérablement réduit par le choix de solutions « économes » pour la réalisation des infrastructures et à l’achat de plusieurs appareils d’occasion.
A l’avenir, les CPER continueront à financer de façon importante la centrale. A Nancy, il s’agira essentiellement de construire les nouvelles infrastructures sur le site Molitor à partir de 2012. A Strasbourg, un budget de 120 k€ a été alloué en 2008 pour l’acquisition d’un évaporateur de couches diélectriques, et une somme du même ordre de grandeur est prévue pour 2009 et 2010. En outre, des crédits de construction (400 k€) permettront de financer la
construction de la deuxième étape salle blanche, permettant de rendre opérationnels la coexistence de recherche et enseignement sur le même site, ainsi que le dédoublement d’équipements de base.

 

Infrastructures

A Nancy, les moyens disponibles sont localisés dans une salle blanche de classe 10000 de 46 m2 (dont 10 m2 filtrée UV pour la lithographie optique) et d’une salle grise de 30 m2 pour l’équipement de lithographie électronique. Le bâti de gravure ionique est connecté dans un complexe ultra-vide situé dans une salle grise et occupe environ 10 m2.
A Strasbourg, Les moyens de micro fabrication du CN2S sont localisés dans une salle blanche de 80 m2 (classe 1000 dont une paillasse de préparation d’échantillon de classe 100). La lithographie électronique est délocalisée dans la salle grise de l’IPCMS (30m2 localement classe 10 000, laboratoire eFab) et l’outil de faisceau d’ion focalisés est hébergé à l’ISIS. Ces locaux, avec un soutien technique dédié, permettent un meilleur fonctionnement.
PV-Plateforme, quant à elle, est constituée d’un ensemble de 400 m2 au sein de l’InESS, dont le coeur est une salle blanche de 100 m2 (classe 10000 à 100), regroupant les équipements les plus sensibles (fours en atmosphère contrôlée, RTCVD, chimie de nettoyage, gravure et
traitement de surface, lithographie optique). Les 300 m2 restant accueillent un grand nombre d’équipements périphériques, dont une grande partie est sous flux laminaires, assurant un environnement de classe 100 sur le poste de travail. Des sas permettent le transfert des échantillons de certains équipements périphériques vers la salle blanche. Ce choix d’installations « graduées » permet un bon compromis entre l’exigence de propreté requise pour
la réalisation de composants semi-conducteurs et le coût de fonctionnement.
L’implantation de chacun des sites et les équipements disponibles sont les suivants :

CCMinalor
CC Minalor
 
Implantation PV Plateforme
PV Plateforme
Implantation CN2S
CN2S

 Descriptif des équipements

Lithographie optique– Enductions de résines, recuits (plaque chauffante, étuve) (MiNalor, CN2S, PVPlateforme)- Masqueur Karl Suss MA 750 (MiNaLor)

– Masqueur Karl Suss MJB 3 (eFab)

– Masqueur Karl Suss MJB 3 (PV-Plateforme)

– Masqueur Karl Suss MJB 4 avec option UV-NIL (CN2S)

– Masqueur Karl Suss MJB 21 double face (PV-Plateforme)

Nano-Structuration– Structuration par faisceau d’ions localisé (FIB) (ISIS)- Lithographie e-beam : microscope FEG Zeiss et Raith Elphy plus (eFab)

– Lithographie e-beam : microscope FEG JEOL 6500F et Raith Elphy plus (MiNaLor)

Dépôts– Pulvérisation cathodique 4 cibles Alliance Concept AC450 (MiNaLor)- Evaporateur effet Joule 3 creusets MECA 2000 (MiNaLor).

– Evaporateur Edwards Auto 306 par effet joule : SiO, Al, Au, Cr (CN2S)

– Evaporateur Plassys MEB550S e-beam : Al, Au, Cr, Ti, Nb, Co (CN2S)

– Evaporateur Plassys e-beam: SiO2, Al2O3, Si3N4 (CN2S)

– RTCVD silicium (PV-Plateforme)

– ECR-PECVD diélectriques (PV-Plateforme)

– Evaporateur TEMESCAL (PV-Plateforme)

– Evaporateur Auto 306 Edwards (PV-Plateforme)

– Evaporateur J2PM (PV-Plateforme)

– Evaporateur effet Joule Or/Aluminium (PV-Plateforme)

– Evaporateur JK2S (PV-Plateforme)

– Sérigraphieuse (PV-Plateforme)

Traitements thermiques– Four Omega (PV-Plateforme)- Four Tempress (PV-Plateforme)

– 2 fours à lampes Jipelec(PV-Plateforme)

– Four Limberg (PV-Plateforme)
– 3 fours Carbolite (PV-Plateforme)
– Four de recuit sous atmosphère contrôlée (PV-Plateforme)

Gravures– Bâti UHV et canon ECR Plasmion SIMO 30, analyseur Auger Riber (MiNaLor)- RIE PlasmaLab (MiNaLor)

– RIE Oxford (Cn2S, installation été 2009)

– Gravures humides (MiNaLor, CN2S)

– Gravure SF6 (PV-Plateforme)

Autres– Microscopes optiques (MiNaLor, CN2S, eFab, PV-Plateforme)- Profilomètre à stylet (MiNaLor, CN2S, eFab)

– Micro-soudure ultra-son (MiNalor, CN2S, eFab)

– Réacteurs de synthèse chimique (M100) (CN2S)

– Testeur sous Pointes Suss Microtec PM8 (CN2S)

– Ellipsomètre spectroscopique Jobin-Yvon (PV-Plateforme)

– Testeur sous pointes (CN2S, PV-Plateforme)

 Equipements périphériques

Un certain nombre d’équipements importants pour les procédés de micro-nano fabrication ne dépendant pas du CTS Lor-Al (pour des raisons « géographiques », financières ou d’utilisation majoritairement hors nanosciences) sont également utilisés en routine dans le cadre de
l’élaboration ou la caractérisation de micro-nanostructures. On peut citer notamment :

  • Un important parc d’équipements de dépôts de couches minces. Entre Nancy et Strasbourg, on ne dénombre pas moins de 3 bâtis de pulvérisation cathodique et 4 bâtis d’épitaxie par jets moléculaires. Ces équipements sont utilisés pour les dépôts de couches fonctionnelles (magnétiques, piézoélectriques, nano-structurées…) mais peuvent servir pour élargir le spectre des matériaux utilisés dans la centrale (barrières de diffusion, couches d’accrochages, masques de gravure…),
  • La microscopie en champ proche. Il s’agit d’une technique de caractérisation structurale à l’échelle nanométrique complémentaire de la microscopie électronique. C’est également une des méthodes privilégiée pour la caractérisation physique des nanostructures individuelles (propriétés magnétiques, électriques…). Un équipement récent est accessible sur chaque site.
  • La nano-impression. Un équipement NX-2500 de Nanonex a été acquis début 2009 par l’équipe 105 de l’IJL. Il s’agit là d’une technique de nano-fabrication qui sera utilisée en étroite collaboration avec la centrale (l’appareillage est installé dans la salle blanche du CC-MiNaLor).
  • La plateforme « Faisceaux d’Ions » de l’InESS (unique dans tout le Grand-Est) qui comprend un implanteur EATON 200 kV moyen courant et un accélérateur Van de Graaff 4 MV permettant de mettre en oeuvre une large gamme de faisceaux d’ions. Ces équipements, également rénovés au cours du CPER 2000-2006, permettent un grand nombre de réalisations technologiques (modification et micro-nanostructuration de matériaux) et de caractérisations par analyses nucléaires et sont utilisés par différentes équipes de plusieurs laboratoires.
  • La plateforme de caractérisation photovoltaïque, incluant un nombre important de techniques optiques et électriques ainsi qu’un un simulateur solaire, permet de tester les cellules finies ou les propriétés opto-électroniques des matériaux.

Il n’est pas possible dans ce court document de décrire précisément tous les projets scientifiques bénéficiant de la plateforme CTS Lor-Al d’autant que le nombre de projets et leur diversité sont en constante augmentation. Nous n’en donnerons ci-dessous qu’une liste très synthétique, avant de présenter quelques réalisations et faits marquants.

 Thématiques et projets

Les projets évoqués ci-dessous impliquent un grand nombre d’équipes et de laboratoires. Cidessous
figure une liste de ces laboratoires utilisateurs avec les acronymes associés :
– En Lorraine :

  • Institut Jean Lamour (IJL) : crée en 2009, fusion de 5 UMR

Equipe 101 : Electronique de Spin et Nanomagnétisme (ex-LPM)
Equipe 104 : Nanomatériaux (ex-LPM)
Equipe 105 : Micro et Nano-sytèmes (ex-LPMIA)
Equipe 202 : EFCM (ex-LSGS et LPMIA)
Equipe 304 : Physique et plasticité (ex-LPM)

  • Equipe « Nitrures » (GeorgiaTech Metz, LMOPS)
  • LEMTA : Laboratoire d’Énergétique et de Mécanique Théorique et Appliquée

– En Alsace :

  • Institut de Physique de Chimie de la Matière de Strasbourg (IPCMS)

Groupe d’Etudes des Matériaux Métalliques (GEMME)
Groupe des Matériaux Organiques (GMO)

 

  • ECPM-LiPHT
  • ISIS
  • Institut de Chimie de Surface et Interfaces, UPR 9069, Mulhouse
  • Institut d’Électronique du Solide et des Systèmes (InESS)
  • Institut Charles Sadron (ICS)
  • RBNano
  • LMSPC (Strasbourg)

Les projets utilisant le CTS Lor-Al sont listés ci-dessous. Ils sont classés suivant les 4 thématiques du C’Nano Grand-est.
Electronique de spin et Nanomagnétisme

  1. Physique des jonctions tunnel magnétiques (équipe 101 IJL, GEMME)
  2. Micro et nanomagnétisme (équipe 101 IJL, GEMME)
  3. Electronique de spin moléculaire (GEMME, ISIS)
  4. Magnétorésistance dans le régime balistique (GEMME)
  5. Capteurs magnétiques (équipe 101 IJL, InESS)

Nano-optique et Plasmonique, Photovoltaïque

  1. Couches ultraminces de silicium sur substrats céramiques et métalliques (InESS)
  2. Cellules solaire tandem à réseaux nanométriques (InESS)
  3. Convertisseur de photons à nanoparticules et oxydes dopées terre rare (InESS,
  4. IPCMS, équipe 104 de l’IJL)
  5. Photovoltaïque organique/ électronique organique (InESS, LIPHT, IPCMS, ICS)
  6. Nanocristaux Silicium, Germanium, ZnTe, InN pour la photoluminescence (InESS,
  7. équipe 104 de l’IJL)
  8. Caractérisation d’un nanocristal unique (équipe 101 et 104 IJL)
  9. Fonctionnalisation du GaN (équipes « Nitrures » et 104 IJL)
  10. Nanoparticules métalliques à effet plasmonique (InESS) pour le photovoltaïque
  11. Plasmonique (ISIS)

Nano-objets et matériaux nanostructurés moléculaires, macromoléculaires et
supramoléculaires

  1. Molécules pour l’électronique de spin (voir plus haut)
  2. Nanostructuration des substrats pour la croissance (équipes « Nitrures » et 101, 105, 202
  3. de l’IJL)
  4. Fonctionnalisation sélective de surface pour adhésion de vésicules de phospholipides
  5. (ICS)
  6. Plots de catalyseurs pour croissance nanotubes/nanofibres de carbone (LMSPC)
  7. Irradiation sélective pour la micro-nano-structuration de matériaux (InESS)

Microsystèmes et Nanosystèmes

  1. Matériaux piezoélectriques et ondes acoustiques (équipe 105 de l’IJL)
  2. Capteurs à base de SAW (équipe 105 de l’IJL)
  3. Filtre et résonateurs SAW (équipe 105 de l’IJL)
  4. Microfluidique (ISIS, IPCMS, LiPhT, IGBMC)
  5. Nano-thermique (LEMTA)
  6. Nano-mécanique (équipe 304 de l’IJL)
  7. Mémoires volatiles à base de nanocristaux semi-conducteurs dans une matricediélectrique (SiO2, SiON, HfSiON) (InESS)

Faits marquants

Il faut souligner que l’existence de la centrale CTS-Lor-Al a fourni un outil clef de visibilité, donnant des moyens compétitifs à de jeunes chercheurs talentueux, permettant d’attirer de nouveaux chercheurs sur le site et permettant une meilleure compétitivité des équipes de recherche. Plus spécifiquement

  • Trois enseignants-chercheurs ‘junior’ ont été nommés à l’IUF (O. Elmazria, M. Hehn, S. Mangin)
  • Trois nominations IUF ‘senior’ (T. Ebbesen, G. Hadziioannou, G. Decher), une Chaire d’excellence ANR (B. Doudin) et une bourse ERC seniors (T. Ebbesen) ont permis de renforcer ou créer les équipes de recherche
  • La centrale est impliquée dans la réalisation d’une trentaine de contrats de recherche.

A l’heure actuelle, on dénombre 21 contrats ANR (programmes PNANO, solaire photovoltaïque, blanc, jeunes chercheurs…), 4 contrats européens et 5 contrats industriels.

 Quelques exemples de faits marquants :

Rôle des symétries dans l’effet tunnel dépendant du spin

Elle a permis des recherches fondamentales reconnues au niveau international avec notamment des contributions significatives dans l’étude de jonctions tunnel magnétiques épitaxiées. Nous avons été les premiers à montrer expérimentalement, en accord avec les calculs théoriques, qu’il fallait tenir compte à la fois du spin de l’électron mais aussi de la symétrie des bandes électroniques pour expliquer les effets de filtrage dans ces structures. Cette vérification expérimentale a ouvert de nouvelles pistes d’étude à la fois du point de vue des applications (les valeurs de magnéto-résistance plafonnaient à 80% alors qu’elles atteignent maintenant 800%) et du point de vue de la physique fondamentale (contribution tunnel d’états de surface, couplage magnétique à travers des couches isolantes, comportement isolant de métaux dans des directions de haute symétrie, etc…).
Cette étude couvre plusieurs aspects avec plusieurs premières mondiales : (1) Mise en évidence d’une barrière tunnel composée d’un matériau métallique pour une symétrie électronique par l’insertion d’une couche de Cr entre Fe et MgO dans Fe/Cr/MgO/Fe. Nous avons ainsi pour la première fois montré de manière expérimentale la dépendance en symétrie du transport dans ces hétérostructures ; (2) Des mesures montrent pour la première fois un comportement oscillatoire de la précession du spin à la fois en fonction de l’épaisseur de la couche de couverture et en fonction de l’énergie d’électrons. De plus, un modèle simple d’interféromètre de type Fabry-Pérot peut bien modéliser les oscillations observées.
Ces travaux ont été salués par plusieurs distinctions :
• Prix du meilleur chercheur en Lorraine 2003 attribué à M. Hehn (LPM, Nancy)
• Médaille de Bronze du CNRS 2006 attribuée à C. Tiusan (LPM, Nancy)
• Grand Prix pour la Recherche de la Société Industrielle de l’Est à l’équipe ‘Nanomagnétisme
et Electronique de Spin’ de l’Université Henri Poincaré, Nancy I (2007)
• Couverture de Physical Review Letters pour l’article : Phys. Rev. Lett. 99, 187202 (2007)
• Nomination à l’IUF comme membre junior de M. Hehn (2008)

 Plasmonique

Des progrès récents en optique plasmonique ont été faits par l’équipe de T. Ebbesen permettent aujourd’hui la conception et la mise en oeuvre de composants optiques fonctionnels. Il est important de noter que l’Europe est leader mondial dans le domaine de la photonique à base de plasmons de surface. Un réseau d’excellence « Plasmonanodevices » dirigé par Alain Dereux (Dijon) regroupe les principaux acteurs. Le groupe d’Ebbesen est membre de ce réseau ainsi que d’un STREP « PLEAS » qui vient de démarrer avec deux industriels (Sagem Défense et Osram) pour la valorisation de la plasmonique. Les recherches menées dans la plate-forme visent actuellement à miniaturiser des circuits photoniques à base de plasmons de surface.

Des composants optiques miniatures basés sur la formation de « plasmons polaritons de canaux » au fond de rainures gravées dans un film d’or ont été fabriqués. La création de circuits à base de plasmons de surface nécessite le développement de composants optiques pour les contrôler. Des éléments optiques (lentilles, lame à faces parallèles, prismes) à base de PMMA ont été fabriqués par lithographie électronique.

Ces travaux ont été salués par plusieurs distinctions :
• Prix France Telecom 2005 décerné par l’académie des sciences attribué à T. Ebbesen
• Six articles dans les revues Nature, Nature Physics et Nature Photonics depuis 2003

 Transfert industriel des capteurs SAW

– Développement d’un micro-capteur SAW utilisant un principe original et breveté permettant la mesure de la pression dans la gamme 10-6 Torr à 1000 Torr. Un projet ANR PNaNo précompétitif visant l’industrialisation du produit est en cours en partenariat avec Alcatel Vacuum, le Cea LETI et la société Senseor.
– Développement d’une structure SAW (ZnO/quartz) à ondes Love et compensée en température. Un contrat de collaboration visant le transfert technologique du procédé de fabrication est en cours de signature avec le groupe EPCOS, numéro 2 mondial des SAW.
Une thèse CIFRE sera également financée dans ce cadre.
– Un partenariat avec la société Doerler Mesures a été développé dans le cadre d’une thèse CIFRE et visant la réalisation da capteurs SAW interrogeables à distance pour environnements hostiles. Un premier contrat a été signé avec le groupe Mittal-Arcelor pour des applications à très hautes températures.
– Enfin, les travaux menés sur les SAW ont valu au LPMIA d’être retenu par la DGA pour faire partie d’un consortium national visant à mettre au point des résonateurs à ondes élastiques guidées sur substrats composites à base de carbone-diamant capables de répondre aux besoins de sources très hautes fréquences de pureté spectrale (de 1 GHz jusqu’à la bande X).

Ces travaux ont été salués par plusieurs distinctions :
• Grand prix Interrégional de la recherche 2005 de la Grande Région (Sarre, Belgique,
Luxembourg, Lorraine, Rhénanie-Palatinat)
• Prix de la Recherche de la Société Industrielle de l’Est en 2006 (« attribué conjointement à
O. Elmazria, F. Sarry, P. Nicolay et L. Bouvot pour leur collaboration exemplaire avec la
société Doerler Mesures »)
• Prix du meilleur chercheur en Lorraine 2007 décerné par le conseil régional à O. Elmazria
• Grand prix de la recherche de l’association des Universités Lorraines en 2007 à P. Alnot
• Nomination à l’IUF comme membre junior de O. Elmazria (2008)
• Prix du meilleur chercheur en Lorraine 2008 décerné par le conseil régional à B. Assouar

 Création de la start-up RBNano

La société RBNano (occupant typiquement à 30% la salle grise IPCMS) lithographie par dégradation de précurseur.

Le projet RBnano (www.RBnano.com) s’est constitué en 2003 pour valoriser un nouveau procédé de nanofabrication permettant la gravure sans masque et sans résine. Aujourd’hui, cette jeune structure mûrit au sein de l’IPCMS (Institut de Physique et Chimie des matériaux de Strasbourg) où elle trouve un cadre favorable au brassage des idées et les moyens techniques indispensables. L’innovation du procédé RBnano est principalement d’utiliser et de
structurer par faisceau électronique un précurseur du matériau final souhaité. Le précurseur conduit directement au matériau via l’irradiation, et un simple lavage à l’eau permet d’éliminer toute trace du précurseur non irradié. Le procédé est donc peu toxique et compatible avec la mise en place de la directive européenne sur la restriction des substances nocives (RoHS).
RBnano prévoit l’application de son procédé à la fabrication d’éléments optiques diffractifs de résolution submicrométrique et de microcircuits électroniques à base de semi-conducteurs difficilement réalisables par les voies traditionnelles de préparation.

 Anisotropie de la mangétorésistance dans des nanocontacts de Co

En combinant lithographie par FIB et électrochimie, l’équipe de B. Doudin a montré qu’il était possible de construire des contacts électriques ferromagnétiques faits de quelques atomes. On observe alors une augmentation de plus de un ordre de grandeur d’effets de magnétorésistance anisotrope. L’effet le plus remarquable est une dépendance angulaire montrant des effets quantiques, persistant jusqu’à la température ambiante. Cet exemple illustre les nouvelles possibilités de propriétés d’électronique de spin lorsque la taille du système atteint le nm.

Ces travaux ont été salués par plusieurs distinctions :
• Cité par la Société Américaine de Physique parmi les 30 faits nouveaux en physique durant
l’année 2007
• Annonces par The Institue of Physics et le CNRS, articles de nouvelles scientifiques dans
des journaux locaux, Physics World et The Economist.
• Attribution d’une chaire d’excellence de l’ANR
• Un article dans Nature Nanotechnology en 2007

Photovoltaïque

Les activités de recherche sur la thématique de la conversion photovoltaïque à l’InESS sont développées essentiellement vers la cristallogénèse des couches minces de silicium sur des substrats divers, l’implémentation de structures à nanocristaux inorganique dans des composants pour la haut rendement, et également la compréhension des mécanismes physiques régissant le transport de charges dans les cellules organiques à base de polymères
ou petites molécules. Les équipes sont impliqués dans de nombreux projets nationaux (ANR, région, ADEME) et européens, et ils collaborent fortement avec des industriels du domaine.
Parmi les faits marquants on peut noter (i) la croissance de films silicium dont la taille des grains est 200 fois l’épaisseur ; (ii) la formation de nanocristaux Si (2-5 nm) à forte luminescence permettant une conversion des photons bleus en rouge, (iii) la synthèse de multicouches de tailles nanométriques sous forme de réseau, se comportant comme un nouveau semi-conducteur à gap contrôlable par la taille des nanoparticules.

Ce travail a été reconnu par différentes actions :
– Cristal du CNRS (J-C Muller)
– organisation de plusieurs colloques et écoles internationaux sur la thématique
(A Slaoui)
– Editeur en chef d’éditions spéciales (ex. MRS Bulletin V32, 2007), Actualités
chimiques (2008), Techniques de l’ingénieur (A. Slaoui , T. Heiser ; 2009)…

Quelques exemples de réalisations

Mesures électriques perpendiculairement au plan des couches

La mesure de la résistance « perpendiculaire » d’une hétérostructure nécessite de réduite ses dimensions latérales. Un procédé utilisant quatre étapes de lithographie optique permet de caractériser les propriétés de transport de jonctions tunnel magnétiques. Ce procédé est essentiel pour la thématique électronique de spin. Exemple 1
Décalage « Doppler » des ondes de spinDes études de propriétés hautes fréquence d’objets magnétiques nécessitent la fabrication de bobines d’excitation et de détection de dimensions submicrométriques.Deux étapes de lithographie optique sont nécessaires pour définir la piste magnétique et les contacts électriques.

Deux étapes de lithographie électronique permettent de construire les bobines hautes fréquences

Exemple 2
Transducteurs d’ondes acoustiques de surface (SAW)La réalisation de peignes interdigités sur des matériaux piezoélectriques permet d’exciter et de détecter des ondes acoustiques de surface de période déterminée. Cet effet est utilisé pour réaliser des filtres haute fréquence (> 1 GHz), déplacer des goutes de liquide ou développer une large gamme de capteurs (pression, liquide, gaz, température…) Exemple 3
Nano-électrodes et nano-gapsDeux électrodes magnétiques ayant un espacement de 1-2 nm sont obtenues par lithographie optique et électronique permettant de défnir un gap d’environ 50 nm. Celui-ci est ensuite réduit par galvanoplastie sous contrôle électrique permettant de fermer et ouvrir une jonction faite de quelques atomes. Exemple 4
Masque métallique pour la mesure optique d’un nano-objet uniqueUn procédé a été développé afin d’ouvrir dans un masque métallique des ouvertures de diamètre de l’ordre de 50 nm afin de caractériser un nombre très réduit, voire un unique nano-cristal, en particulier pour les chercheurs s’intéressant au nanocristaux semiconducteurs. Exemple 5
PlasmoniqueSéparateur-Y canaux plasmoniques Images MEB de canaux de profil de fentes en V gravés par FIB dans de l’or. Ces canaux, permettent une propagation à une longueur d’onde de 1.5 μm Exemple 6
PhotovoltaïqueRéseau nanométrique composé de multicouches SiN (sombre) et SiO2 (claire). Les couches SiN contiennent des nanocristaux de silicium. La taille des nanocristaux (indirectement la bande interdite) est conditionnée parl’épaisseur de la couche SiN. Ces structures constituent la base d’une cellule solaire tandem à base de silicium. Exemple 7

Quelques exemples de réalisations

 

Mesures électriques perpendiculairement au plan des couches La mesure de la résistance « perpendiculaire » d’une hétérostructure nécessite de réduite ses dimensions latérales. Un procédé utilisant quatre étapes de lithographie optique permet de caractériser les propriétés de transport de jonctions tunnel magnétiques. Ce procédé est essentiel pour la thématique électronique de spin. Exemple 1
Décalage « Doppler » des ondes de spinDes études de propriétés hautes fréquence d’objets magnétiques nécessitent la fabrication de bobines d’excitation et de détection de dimensions submicrométriques.Deux étapes de lithographie optique sont nécessaires pour définir la piste magnétique et les contacts électriques.

Deux étapes de lithographie électronique permettent de construire les bobines hautes fréquences

Exemple 2
Transducteurs d’ondes acoustiques de surface (SAW)La réalisation de peignes interdigités sur des matériaux piezoélectriques permet d’exciter et de détecter des ondes acoustiques de surface de période déterminée. Cet effet est utilisé pour réaliser des filtres haute fréquence (> 1 GHz), déplacer des goutes de liquide ou développer une large gamme de capteurs (pression, liquide, gaz, température…) Exemple 3
Nano-électrodes et nano-gapsDeux électrodes magnétiques ayant un espacement de 1-2 nm sont obtenues par lithographie optique et électronique permettant de défnir un gap d’environ 50 nm. Celui-ci est ensuite réduit par galvanoplastie sous contrôle électrique permettant de fermer et ouvrir une jonction faite de quelques atomes. Exemple 4
Masque métallique pour la mesure optique d’un nano-objet uniqueUn procédé a été développé afin d’ouvrir dans un masque métallique des ouvertures de diamètre de l’ordre de 50 nm afin de caractériser un nombre très réduit, voire un unique nano-cristal, en particulier pour les chercheurs s’intéressant au nanocristaux semiconducteurs. Exemple 5
PlasmoniqueSéparateur-Y canaux plasmoniques Images MEB de canaux de profil de fentes en V gravés par FIB dans de l’or. Ces canaux, permettent une propagation à une longueur d’onde de 1.5 μm Exemple 6
PhotovoltaïqueRéseau nanométrique composé de multicouches SiN (sombre) et SiO2 (claire). Les couches SiN contiennent des nanocristaux de silicium. La taille des nanocristaux (indirectement la bande interdite) est conditionnée parl’épaisseur de la couche SiN. Ces structures constituent la base d’une cellule solaire tandem à base de silicium. Exemple 7