Nanostructuration de surfaces de silicium pour guider la croissance auto-organisée de nanostructures métalliques

par Amanda Martinez-Gil

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Bernard Bartenlian.

Soutenue en 2005

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .


  • Résumé

    Cette thèse porte sur le développement d'une méthode novatrice de réalisation de nanostructures. Offrant la possibilité de nanofabrication au delà des limites des techniques de lithogravure, la croissance auto-organisée, qui se caractérise par la formation spontanée d'îlots à partir d'atomes déposés en surface, fournit des nanostructures d'excellente qualité. L'idée de ce travail a été d'utiliser la structuration du substrat pour provoquer un arrangement périodique d'îlots nanométriques avec une faible dispersion en taille. Cette pré-structuration du substrat est obtenue de façon " naturelle " à partir des marches des surfaces vicinales et de façon " artificielle " en imposant un motif périodique par lithogravure. Nous avons élaboré des réseaux de trous sur des surfaces vicinales de Si par lithographie électronique et gravure ionique réactive. Une optimisation des conditions de lithogravure (plan d'expériences) ont permis de fabriquer des réseaux de trous de 40 nm espacés de 40 nm, avec un facteur de forme supérieur à 1. La structuration de surface se conclut par un recuit sous ultravide qui permet de réarranger la morphologie de celle-ci, notamment en ordonnant les marches suivant le réseau prédéfini par lithogravure. La formation de trous plus profonds et une hydrogénation de surface ont permis d'éviter que les trous ne disparaissent avant que la surface soit totalement réarrangée. En ajustant le flux d'atomes et la température, nous avons obtenu un alignement d'îlots d'Au le long des bords de marche de surfaces vicinales de Si avec des largeurs de terrasses équivalentes aux périodes des réseaux de trous. Ceci est un premier pas vers la croissance auto-organisée en 2D.

  • Titre traduit

    Nano-patterned silicon surfaces for the self-organised growth of metallic nanostructures


  • Résumé

    The aim of this work is to obtain a very regular alignment of metallic nanostructures with high density and a narrow size distribution via a self-organised growth process. The method consists of combining microelectronic processes which will provide a periodic surface pattern, with self-assembled growth on the so-obtained surface. The structured surface serves as a template for the controlled positioning of the nanostructures. Concerning the silicon template preparation, the surface periodicity should be of the same order of magnitude as the atomic surface diffusion lengthused during subsequent growth. These surface patterns were obtained on vicinal silicon surfaces by optimising electron-beam nanolithography and reactive ion etching (design of experiments), to create arrays of nano-holes typically 40 nm in diameter with a 40 nm spacing. A subsequent sample annealing under ultrahigh vacuum conditions is studied in order to obtain a corrugated surface mimicking the lithography pattern. As a model system, the growth of Au on vicinal Si(111) surfaces has been chosen. After high temperature annealing, clean Si surfaces present arrays of straight step bunches each separated by 50 nm, the same scale as nano-holes array. We find the growth conditions to obtain the formation of Au islands on these step bunches edge. Theses conditions can be applied to naturally and artificially nanostructured surfaces to obtain self-organized growth of Au nanostructures.

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Informations

  • Détails : 1 vol., 344 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2005)346
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