Surface nanopatterning of silicon wafers by revealing of buried dislocations network for the self-organization on long range of nanostructures
Nanostructuration de surface de plaques de silicium (001) par révélation d'un réseau de dislocations enterrées pour l'auto-organisation à longue distance de nanostructures
Résumé
In order to carry on the trend of optical and electronical devices dimensions shrinking, nanostructures are expected to be an alternative solution to conventional microelectronics technology. Nevertheless, to be exploited, the size, density and positioning of these nanostructures have to be accurately controlled. To avoid time consuming solutions, collective growth is privileged and long range positional order displays in general only if the surface is first prepared. In this framework, we developed a nanopatterned substrate by revealing of a buried dislocations (2D) regular network elaborated by direct twist bonding of (001) silicon wafers. Use of preferential chemical etching has been optimized to reveal dislocations lines creating at the surface a square network of silicon nano-dots disjointed by nano-trenches more or less deep. This kind of template has been tested to induce a long range positional order of Ge dots and metallic nanoparticles (Ni, Au, Ag). We shown that self-organization of these nanostructures was possible only if the energetic barrier induced by trenches depth was large enough to prevent the kinetic effects. In these conditions, self-assembled Ge islands have been analyzed by X-rays methods and metallic nanoparticles by plasmon resonance.
Afin de poursuivre la tendance de réduction des dimensions des dispositifs optiques ou électroniques, les nanostructures sont pressenties comme une solution aux limites des technologies micro-électroniques actuelles. Néanmoins, leur exploitation n'est possible que si leur taille, leur densité et leur positionnement latéral sont précisément contrôlés. Pour un gain de temps, ces nano-objets sont réalisés par croissance collective, et l'ordre latéral n'apparaît en général que si la surface est préalablement préparée. Dans ce contexte, nous avons développé un substrat nanostructuré par la révélation d'un réseau régulier bidimensionnel de dislocations enterrées obtenu lors d'un collage par adhésion moléculaire de plaques de silicium (001). L'utilisation de gravure chimique préférentielle a été optimisée pour révéler les lignes de dislocations formant en surface un réseau carré de nano-plots de silicium séparés par des nano-tranchées plus ou moins profondes. Ce type de surface a été testé pour induire un ordre latéral d'îlots de Ge et de nanostructures métalliques (Ni, Au, Ag). Nous avons montré que l'auto-organisation de ces nanostructures n'était possible que si la barrière énergétique induite par les profondeurs de tranchées était suffisamment grande pour bloquer les effets cinétiques. Dans ces conditions, les îlots ordonnés de Ge ont été analysés par des techniques de rayons X et les nanostructures métalliques par des mesures de résonance plasmon.