Conception et élaboration de substrats semiconducteurs nanostructurés : nouvelles applications en nanosciences

par Eric Moyen

Thèse de doctorat en Sciences de la matière

Sous la direction de Margrit Hanbücken et de Jürgen Kirschner.


  • Résumé

    De nouveaux substrats nano-structur´es servant de gabarits pour la croissance et l’´etude des nano-objets ont ´et´e d´evelopp´es. Les surfaces cristallines peuvent pr´esenter naturellement des motifs r´eguliers (reconstructions, sur-structures, marches sur des surfaces vicinales. . . ) mais sur des ´echelles n’exc´edant pas quelques centaines de nm2. Or certaines mesures physiques et les ´eventuelles applications n´ecessitent de grandes aires. De nouvelles techniques ont ´et´e d´evelopp´ees afin de cr´eer des surfaces nano-structurées sur de larges ´echelles, en leur imposant un motif r´egulier par des proc´ed´es parall`eles. Les substrats ainsi obtenus ont par la suite ´et´e fonctionnalis´es et ont pu ˆetre utilis´es dans diverses applications. Dans le cas des surfaces vicinales de Si(111), les propri´et´es cristallographiques intrins`eques du silicium permettent d’obtenir des motifs unidimensionnels sous forme de paquets de marches tr`es r´eguliers, parall`eles entre eux et ´equidistants. Ces gabarits sont fonctionnalis´es par un d´epˆot d’or formant des réseaux unidimensionnels de plots de siliciures d’or de taille monodisperse, arrang´es selon le motif pr´e-existant, et s´epar´es par des terrasses riches silicium. Lors d’un d´epˆot de cobalt sur de telles surfaces, seuls les plots poss`edent des propri´et´es magn´etiques. Dans le cas du carbure de silicium (SiC), des r´eseaux de plusieurs cm2 de nano-canaux facett´es, verticaux et de formes hexagonales sont cr´ees par plusieurs m´ethodes. Le motif d’une membrane d’alumine poreuse est transf´er´e par gravure ionique r´eactive sur la surface du SiC. Une ´erosion sous hydrog`ene `a haute temp´erature donne aux pores leur forme facett´ee finale. Une technique alternative bas´ee sur la r´eaction catalytique d’un r´eseau de plots de platine avec l’hydrog`ene permet d’obtenirdes substrats de SiC poreux `a de basses temp´eratures d’´erosion. Ces r´eseaux ont des applications potentielles dans le magn´etisme et la biologie.

  • Titre traduit

    Design and development of nanopatterned semiconductor substrates : new applications in nanosciences


  • Résumé

    New nano-structured substrates being used as templates for the growth and study of nano-objects were developed. Crystalline surfaces can naturally show regular patterns (reconstructions, superstructures, steps on vicinal surfaces. . . ) but on scales not exceeding a few hundreds of nm2. However some physical measurements and the possible applications require large surfaces. New techniques were developed in order to create nano-structured surfaces on large scales, by imposing regular pattern with parallel processes. The obtained substrates were subsequently functionalized and could be used in various applications. In the case of vicinal surfaces of Si(111), the intrinsic crystallographic properties of silicon make it possible to obtain unidimensional patterns in the form of very regular, parallels and equidistant stepbunches. These patterns are functionalized by a subsequent gold deposition, forming unidimensional networks of monodisperse gold silicides dots, arranged according to the preexistent pattern, and separated by Si-rich terraces. After a cobalt deposition on such surfaces, only the dots have magnetic properties. In the case of silicon carbide (SiC) substrates, networks of several cm2 of faceted, vertical and hexagonally shaped nano-channels are obtained. The pattern of a porous alumina membrane is transferred by reactive ion etching on the SiC surface. Hydrogen etching at high temperature leads to the final faceted shape. An alternative technique based on the catalytic reaction of a platinum dots network with hydrogen makes it possible to obtain substrates of porous SiC at lower temperatures of erosion. These networks have potential applications in magnetism and biology.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (IV-121 p.)
  • Annexes : Bibliogr. : p.109-121

Où se trouve cette thèse ?