TEXTURATION DE SURFACES ET APPLICATIONS :
CROISSANCE AUTO-ORGANISÉE DE NANOSTRUCTURES
Résumé
The scope of this study is the self-organization of metal nanostructures as small as 10 nm and with good edge quality. We developed a process that allow the elaboration of such nanostructures arrays, self-organized on Si(111) along a unidimensional step bunch network. The density (between 109 et 1011 islands/cm2) and size (between 10 and 50 nm) of thus obtained objects are controllable. Several crystalline structures were observed, some are gold silicides, metastable compounds stabilized by the small size of the objects. We used these small metal islands for two distinct applications, the elaboration of a network of magnetic nanodots and the growth of semiconductor nanowires made of Si and Ge. In parallel, an original process that allow to electrically contact nanostructures was developed. To be able to control the islands position according to a two-dimensional (2D) pattern, we developed a surface texturation process using electronic beam lithography, reactive ion etching followed by annealing under ultra-high vacuum. This process involves the formation of a 2D network of step bunches which would allow to control the exact position of the objects on these nucleation centers. Such textured silicon surfaces at the tenth nm scale were used for the AFM study of membrane proteins via a collaboration with the Institut Curie in Paris. In addition, as an alternative to silicon, we studied the structuration of silicon carbide (SiC) by reactive ion etching. An alumina membrane with a periodic network of pores is used as masks for the etch step. The etched SiC surface is then treated by an annealing at very high temperature under hydrogen.
L'objet de cette étude est l'auto-organisation de nanostructures métalliques de taille aussi petite que 10 nm et de bonne qualité de bord. Nous avons développé un procédé permettant d'élaborer un réseau de nanostructures, auto-organisées sur Si(111) selon un motif unidimensionnel de paquets de marches atomiques. La densité (entre 109 et 1011 îlots/cm2) et la taille (entre 10 et 50 nm) des objets ainsi obtenus sont contrôlables. Plusieurs structures cristallines de ces îlots ont été observées, dont certaines sont des siliciures d'or, composés métastables stabilisés par la petite taille des objets. Nous avons utilisé ces îlots métalliques pour deux applications distinctes, l'élaboration d'un réseau de nanoplots magnétiques et la croissance de nanofils semi-conducteurs de Si et Ge. En parallèle, un procédé technologique original permettant la prise de contact électrique avec ces nanostructures a été développé. Afin de contrôler la position des îlots selon un motif bidimensionnel (2D), nous avons développé un procédé de texturation par lithographie électronique, gravure ionique ré- active puis recuit sous ultravide. Ce procédé entraîne la formation d'un réseau 2D de paquets de marches qui devrait permettre de contrôler la position des objets sur ces centres de nucléation. Les surfaces de silicium texturées à l'échelle de la dizaine de nm ont été mises à profit pour l'étude par AFM de protéines membranaires dans le cadre d'une collaboration avec l'Institut Curie à Paris. Par ailleurs, comme alternative au silicium, nous avons étudié la structuration du carbure de silicium (SiC) par gravure ionique réactive. La gravure utilise comme masque une membrane d'alumine avec un réseau périodique de pores. La surface prégravée de SiC est ensuite traitée par un recuit très haute température sous hydrogène.
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