Multifunctional nanostructured silicon obtained by holography
Silicium nanostructuré multifonctionnel obtenu par holographie
Résumé
As demonstrated by porous silicon, the key element for multifunctionality, which allows to access to new properties, is surface/volume nanostructuring. Numerous applications far behind microelectronics are related but require the development of low cost, simple and large scale compatible structuration techniques. This thesis focused on the development of nanostructured silicon by two complementary pathways, a bottom-up approach based mainly on templated silicon deposition by electrochemistry in collaboration with the LRN and a top-down approach, combining two techniques, laser interferential lithography and plasma etching. Using the first approach it was possible to produce mesostructures ranging from 200 nm to 1 micron. An original template fabrication technique using resins of different solubilities has been developed and validated. As for the second approach, it was made possible to obtain micro, meso and nanostructured silicon using a new type of hard mask, which fabrication and application was developed during this thesis. This new patented technology is based on the chemical dissolution of zinc oxide and its use as a hard mask. A selectivity of up to 100 could be obtained on silicon. Several functional validations have been realized based on the structured silicon developed in this thesis. This part includes the control of both the optical emission properties (grafting of lanthanide complexes), the thermal properties of bulk silicon by surface structuring in collaboration with the American University of Beirut and finally wettability.
Comme parfaitement illustré par le silicium poreaux, le caractère multifonctionnel d’un matériau réside dans la capacité à le (nano)structurer et ce par des techniques de structuration à la fois simples, peu couteuses et adaptées aux grandes surfaces. Cette thèse a porté sur le développement du silicium nanostructuré par deux voies complémentaires, une voie ascendante basée principalement sur la réalisation de matrices (template) pour le dépôt de silicium par électrochimie en collaboration avec le LRN et une voie descendante combinant deux techniques, la lithographie interférentielle et la gravure plasma. La première voie a permis de réaliser des mesostructures de taille entre 200 nm et 1 micron. Une technique originale de fabrication de matrice à partir de résines de solubilité différente a été mise au point et validée. La deuxième voie, a permis la réalisation de silicium micro, meso et nanostructuré sur la base d’un nouveau type de masque dur. Cette nouvelle technologie brevetée repose sur la dissolution chimique de l’oxyde de Zinc et son utilisation comme masque dur. Une sélectivité allant jusqu’à 100 a pu être obtenue sur le Silicium. Plusieurs validations fonctionnelles ont pu être réalisées à partir du silicium structuré obtenu, cela inclut le contrôle à la fois des propriétés optiques d’émission (greffage de complexes de lanthanide), des propriétés thermiques du silicium massif par structuration de surface en collaboration avec l’université américaine de Beyrouth et enfin la mouillabilité.
Origine : Version validée par le jury (STAR)