Nouvelle filière nanotechnologique sur silicium poreux : Application à des dispositifs photoniques
par Cheng Li
Thèse de doctorat en Photonique
Sous la direction de Taya Benyattou et de Cécile Jamois.
Soutenue en 2010
à Lyon, INSA , dans le cadre de École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon) , en partenariat avec INL - Institut des Nanotechnologies de Lyon, UMR5270 (Rhône) (laboratoire) .
mots clés-
Résumé
Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’un projet qui porte sur la mise au point d’une filière technologique à base silicium poreux en nanophotonique et en particulier pour des applications en détection chimique ou biologique. Dans ce cadre, l’un des verrous technologiques est la micro- ou nanostructuration dans le plan du Si poreux afin de réaliser des cristaux photoniques 1. 5D, 2D ou 2. 5D. Ceci permettrait d’accroître de manière significative la sensibilité de détection. L’objectif de cette thèse vise à lever ce verrou en mettant au point la technologie de nanostructuration du Si poreux afin de réaliser ces cristaux photoniques. Tout d’abord, les méthodes expérimentales sur la fabrication et caractérisation du silicium poreux ont été étudiées. Ensuite, nous avons présenté le cœur de ce travail, à savoir : l’étude de la gravure plasma du silicium poreux et la mise en place de la technologie pour la nanostructuration. Les études ont porté sur des échantillons de forte (75%) et faible porosité (35%). Les cinétiques de gravures ont été étudiées, et une stratégie originale pour surmonter le problème de gravure RIE de substrat isolant est présentée. Enfin, nous avons présenté l’aboutissement de ce travail : la réalisation et la caractérisation optique d’un dispositif à cristal photonique à base de la technologie développée dans cette thèse. Cette réalisation expérimentale constitue la validation des travaux effectués dans cette thèse. Nous montrerons que cette approche a permis la réalisation de résonateur photonique très sensible à l’environnement
-
Résumé
Porous silicon is a very interesting material for biosensing applications : 1. It is a biocompatible material, 2. Its huge specific surface enhanced by many orders of magnitude the sensibility, 3. The refractive index could be easily and continuously tuned over a wide range. All these reasons make this material suitable for photonic devices. In a previous work, it has been shown that simple multiplayer devices could be used to realize a surface wave sensor that is by a least one order of magnitude more sensitive to equivalent surface plasmon devices. In this thesis, we want to go a step further by using photonic crystal structures. Using such structure, it is expected to increase the sensitivity and to realize more compact devices. However, etching a photonic crystal structure on porous silicon is a real technological challenge. The aim of this work is to confront this challenge
