Développement d'un procédé d'élaboration associant lithographie électronique et auto-assemblage pour la fonctionnalisation des surfaces à l'échelle nanométrique

Innovative electronic lithography using self-assembly films in order to modify material surfaces at nanometric scale

• Auteur / Autrice : Pierre Paufert
• Direction : Bruno Domenichini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie - physique
• Date : Soutenance le 16/12/2013
• Etablissement(s) : Dijon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Carnot-Pasteur (Besançon ; Dijon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB) (Dijon) - Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (Dijon)
• Jury : Président / Présidente : Alain Dereux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emiliano Fonda
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patrik Hoffmann, Hélène Magnan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Adsorption

Chimisorption

Spectrométrie EXAFS

Composés carbonylés

Mots clés libres

Hexacarbonyle de molybdène

Hexacarbonyle de tungstène

Adsorption

Électro-décomposition

Croissance

Nano-lithographie

EXAFS

Molybdenum hexacarbonyl

Ungsten hexacarbonyl

Adsorption

Electro-decomposition

Growth

Nano-lithography

EXAFS

Résumé

Le concept de décomposition par un faisceau électronique a été développé dans le but de créer des motifs supportés de taille inférieure à celle atteinte par les méthodes lithographiques classiques. Ce travail avait pour objectif d’appréhender ce concept à travers une séparation des mécanismes mis en jeu, de façon à mieux les comprendre pour mieux les contrôler.Un dispositif a été conçu et un protocole défini où une première étape correspond à l'adsorption à température cryogénique de composés carbonylés à cœur métallique. L’adsorbat est ensuite décomposé par un faisceau d’électrons focalisés puis les résidus de la fragmentation sont éliminés lors de recuits permettant la réorganisation du dépôt lithographié. Pour suivre les différentes étapes, une approche de type « science des surfaces » a été choisie car elle offre la possibilité d’étudier les processus mis en jeu à l’aide de techniques d'analyses sensibles à la chimie.Ainsi, ce travail a permis de mettre en évidence que l'adsorption à température cryogénique de Mo(CO)6 et W(CO)6 sur des surfaces métalliques ou oxydes n'induit pas d'important changement de leur structure moléculaire démontrant que cette étape est renversable. Par ailleurs, il a été montré que les électrons de basse énergie (< 150 eV) engendrent la dissociation de ces molécules par un processus de collision mono-électronique et qu'il est aussi possible de les décomposer à l'aide d'un faisceau d'électrons lorsqu'elles sont physisorbées, menant à la formation de dépôts stables à température ambiante. Un traitement thermique finalise la décomposition. La morphologie finale est liée à la dose d'électrons et à la quantité initiale de molécules adsorbées.

The concept of electon beam decomposition has been developed in order to create smaller patterns than those achieved by conventional lithographic methods. This work aimed to go further about this concept through a separation of the involved mechanisms in order to better understand them and thus reach a better control of process.A device was designed and a protocol was defined where the first stage is the adsorption at cryogenic temperature of metal-carbonyl compounds. The adsorbate is then decomposed by a focused electron beam and fragmentation residues are removed through annealing allowing the deposit reorganization. The study of the different steps of the elaboration method was followed through the "surface science" approach because such a way offers the opportunity to study the processes involved by analytical techniques sensitive to material chemistry.Thus, this work has highlighted that the adsorption at cryogenic temperature of Mo(CO)6 and W(CO)6 on metal or oxide surfaces does not induce any significant changes in their molecular structure demonstrating that this step is reversible. Moreover, it was shown that low energy electrons ( <150 eV ) cause dissociation of these molecules by a one-electron process. Moreover, it is possible to decompose adsorbed molecules with a focused electron beam, leading to the formation of a stable deposit at room temperature. Annealing treatment can complete the decomposition. Besides, the final morphology is related to the electron dose as well as the initial amount of adsorbed molecules.