EP1814818A2 - Reseau de particules et procede de realisation d'un tel reseau - Google Patents

Reseau de particules et procede de realisation d'un tel reseau

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EP1814818A2
EP1814818A2 EP05814928A EP05814928A EP1814818A2 EP 1814818 A2 EP1814818 A2 EP 1814818A2 EP 05814928 A EP05814928 A EP 05814928A EP 05814928 A EP05814928 A EP 05814928A EP 1814818 A2 EP1814818 A2 EP 1814818A2
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EP
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particles
substrate
particle
network
interaction
Prior art date
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Withdrawn
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EP05814928A
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German (de)
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Yves Samson
Franck Fournel
Joël EYMERY
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/0036—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties showing low dimensional magnetism, i.e. spin rearrangements due to a restriction of dimensions, e.g. showing giant magnetoresistivity
    • H01F1/009—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties showing low dimensional magnetism, i.e. spin rearrangements due to a restriction of dimensions, e.g. showing giant magnetoresistivity bidimensional, e.g. nanoscale period nanomagnet arrays
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
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Definitions

  • the invention relates to a network of particles, for example nanoparticles, and a method for producing such a network.
  • the organization of particles on a periodic network is sought in many applications, such as for example ultra-high density magnetic information carriers (ferromagnetic nanoparticles), memories based on semiconductor nanoparticles, networks of luminescent nanoparticles or the formation of catalytic or reaction sites of very small dimensions.
  • ultra-high density magnetic information carriers ferromagnetic nanoparticles
  • memories based on semiconductor nanoparticles
  • networks of luminescent nanoparticles or the formation of catalytic or reaction sites of very small dimensions.
  • each lithographed structure By choosing dimensions of the lithographed structures smaller than the distance separating conventionally two defects of the network of particles, one obtains within each lithographed structure an assembly of particles in the form of a network which presents no defect if the average distance between defects, which is a statistical data, is respected in this assembly.
  • the invention therefore aims in particular at a solution for the organization of a particle network that ensures the best regularity of the network, and also over great distances.
  • the invention thus proposes an array of particles arranged on a substrate having a property allowing interaction of the substrate and particles, characterized in that said property is periodically modulated in a first direction by allowing a substantial interaction between each of the particles and its particles. neighbors in the first direction.
  • a second property allowing an interaction of the substrate and particles, possibly identical to said property, can also be modulated in a second direction by allowing a substantial interaction between each of the particles and its neighboring particles in the second direction.
  • the great regularity of the aforementioned network is thus ensured in both directions of the face of the substrate.
  • the network can in this case be square or hexagonal. Alternatively, it can be hexagonal.
  • said property can be modulated according to the first direction with a period adapted to said step, that is, that is, for example, said period is substantially equal to said step or a multiple of said step.
  • the particle network can be organized in correspondence with the modulation of the property presented by the substrate.
  • At least some particles are formed by a central core covered by a shell.
  • the shell participates in the substrate - particle interaction and / or the particle - particle interaction.
  • the shell then makes it possible to facilitate the networking of the central cores.
  • the shell can be deformed to allow the adaptation of the period of organization of the network. Said property is for example linked to the topography of the substrate.
  • the interaction of the substrate and the particles may also be a remote interaction, for example of the magnetic or electrical type.
  • the particle array may not be limited to two dimensions, but may also extend in a direction substantially perpendicular to the surface of the substrate.
  • L L ⁇ ijkernént invention provides a " ⁇ method for producing an array of particles, characterized in that it comprises a step of deposition of particles, capable of self-organization with a given pitch along a first direction, on a substrate having a property allowing interaction of the substrate and particles and modulated according to the first direction with a period adapted to said step.
  • the particles may be formed prior to their deposition on the substrate. Thanks to this method, a substantial interaction remains between each of the particles and its neighboring particles and thus the effect mentioned above is obtained.
  • the substrate may also have a second property allowing an interaction of the substrate and the particles (possibly identical to said property) modulated according to the second direction with a period adapted to the second step.
  • the method may comprise a patterning step on the substrate. Substrate - particle interactions are thus performed, related to the topography of the substrate.
  • the patterning step may comprise a step of revealing a dislocation network.
  • the patterning step may be performed by lithography or nanoimprint technique.
  • the method may also include a material deposition step for developing said modulated property or determining the amplitude of the modulations of said modulated property.
  • the substrate - particle interactions are thus generated, or refined, by the deposited material.
  • FIG. 1 shows a top view of a substrate in a first embodiment of the invention
  • FIG. 3 represents a network of particles arranged on the substrate of FIG. 1 according to the first embodiment of the invention
  • FIG. 4 shows a section according to section B-B of Figure 3;
  • Figure 5 shows the particle array of Figure 3 at a defect in the substrate
  • Fig. 6 shows the particle array of Fig. 3 at a defect therein
  • FIG. 7 represents a sectional view of a substrate according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 8 represents an array of particles arranged on the substrate of FIG. 7;
  • FIG. 9 represents a network composed of particles of two different types on the substrate of FIG. 7;
  • FIG. 10 represents a section of a substrate in a third embodiment of the invention.
  • FIG. 11 represents an array of particles arranged on the substrate of FIG. 10;
  • FIG. 12 represents an alternative embodiment of the substrate of FIG. 3;
  • FIG. 13 represents an array of particles deposited on the substrate of FIG. 12;
  • FIG. 14 represents an alternative embodiment of the network represented in FIG. 9;
  • FIG. 15 represents a view from above of the network of particles represented in FIG. 14.
  • monodisperse FePt alloy nanoparticles which each have a diameter of 6.3 nm and form a network of contiguous particles are used as particles. as detailed in the following. Alternatively, it could be a network of non-iointive particles
  • Figure la-i ⁇ represents "sdiêmatiqu ⁇ rnent a substrate for receiving the particles.
  • the surface of the substrate 2 has a network of grooves (or grooves) formed by a first set of parallel grooves 4 between them according to a first direction and a second set of grooves 6 parallel to each other in a second direction and perpendicular to the grooves 4 of the first set.
  • the distance between the grooves 4 of the first set is identical to the distance between the grooves 6 of the second set and the grooves 4, 6 thus form a square network.
  • the grooves may form a rectangular network.
  • the distance separating two adjacent parallel grooves 4, 6 is set at 18.9 nm (according to a technique described below), which corresponds to three times the pitch of the joined network formed. by FePt particles with a diameter of 6.3 nm.
  • distances between adjacent parallel grooves could be used, for example a distance of 6.3 nm equal to the pitch of the particle network in the case studied here, or a distance of 31.5 nm corresponding to five times the pitch of the network of these same particles.
  • a substrate 2 having grooves in the form of a square lattice of this type can be obtained for example by bonding a silicon-on-insulator (or SOI) substrate exhibiting a silicon-on-insulat ion substrate.
  • silicon layer about 10 nm thick on a solid silicon substrate having a thickness of the order of 500 microns, with relative rotation of the crystalline axes of the two silicon surfaces (1, 0,0) to be assembled, then for example by revealing the dislocation network thus formed at the interface of the substrates by means of chemical etching.
  • the pitch ⁇ of the groove network (that is to say the distance between adjacent parallel grooves) is connected to the angular rotation ⁇ between
  • the angle ⁇ of the disorientation is used between the SOI and solid silicon of 1, 164 °.
  • an angle of 3.493 ° is used to obtain a pitch or groove grating period of 6.3 nm, and an angle of 0.698 ° to obtain a period of 31.5 nm.
  • the distance between parallel parallel grooves obtained is valid to within 0.25 nm in the last case evoked and with a precision less than 0.1 nm in the first two cases.
  • the SOI substrate is removed for example by chemical-mechanical polishing using the silicon oxide layer as a coating layer. 'stop.
  • the silicon oxide layer is then removed, for example, with a solution of hydrofluoric acid (HF).
  • HF hydrofluoric acid
  • the thin silicon layer of about 10 nm is then thinned by means of a chemical attack sensitive to the stresses induced by the dislocations, such as, for example, a modified version of the Yang type attack (HF / Cr ⁇ 3 / H 2 ⁇ ). ) or a modified version of the Dash-type attack (HF / HNO 3 / H 2 O) as indicated in the second-mentioned article above.
  • a metal for example gold
  • a metal for example gold
  • the network of protuberances 34 is then revealed, for example by ionic abrasion.
  • a network of grooves is produced as described previously with reference to FIGS. 1 and 2, and then deposited in these grooves a material whose abrasion speed under ion beam is smaller than that of the substrate (using example a metal like gold on a silicon substrate).
  • the protuberances are then formed by ionic abrasion.
  • the FePt nanoparticles 8 are deposited on the substrate where they form a square lattice whose structure is determined by the combination of the self-organization of the particles (due to the interactions between particles, here in joined contact between these) and the location of at least a portion of the particles 8 at a preferred site of the substrate 2 (substrate-particle interaction) formed here by the grooves 4, 6 (or furrows) of the substrate 2 as illustrated in the figures 3 and 4 (or by the protuberances 34 in the variant envisaged in FIGS. 12 and 13, where the substrate-particle interaction under consideration generates a preferential localization of part of the particles 38 on the protuberances 34).
  • Such a structure is for example obtained by pre-dispersion of nanoparticles-8 "" FePt "in” ⁇ ne hexane solution, deposit on the substrate 2 of this solution and then slow evaporation of hexane.
  • the pitch of the square network of grooves 4, 6 present on the surface of the substrate 2 is substantially equal to the pitch of the self-organized network of nanoparticles 8, or to an integer multiple thereof, such that the combined action of self-organization between particles 8 and the tendency to locate a portion of the particles 8 on the grooves 4, 6 leads to the organization of a network of particles with a structure substantially identical to the structure of the network that these particles would have adopted naturally locally on a substrate without modulation.
  • the grooves 4, 6 of the substrate 2 (or the protuberances 34 if any) thus make it possible to ensure the regularity of the self-organized structure on a large scale.
  • FIG. 5 shows a network of nanoparticles 8 having the structure just described and represented in FIG. 4, in which the substrate 2 has a defect 3, in this case the absence of a groove 4 .
  • the particle 7 located the right of the fault 3 of the substrate 2 is correctly located in the network despite the groove fault.
  • FIG. 6 shows a network of nanoparticles of the type shown in FIG. 4, in which certain particles 9 have a position slightly offset with respect to their theoretical position in the network (which is shown schematically in Figure 6 by a slightly smaller size for these particles 9), which would have led in the absence of the substrate 2 to a phase shift in the particle network.
  • the neighboring particle of the particles 9 introducing the offset is located precisely at the location determined by this groove 4, without phase shift relative to the particle located in line with the neighboring groove.
  • FIGS. 7 to 9 represent a second embodiment of embodiment of the invention which will now be described.
  • the raw substrate 12 comprises a square network of grooves obtained in a similar manner to the substrate described in the first embodiment.
  • This substrate 12 is deposited in the grooves or between them of a material 4 having a particular affinity with first particles 18 to be organized (as described in detail below).
  • the surface of the substrate intended to receive the particles thus has a square network of regions formed of this material, for example strips 14; it may be noted that the surface of the substrate thus obtained may possibly in this case be generally flat, as shown in FIG. 7.
  • a set of particles 18 of a first type which have a particular affinity with the material 14 deposited in the grooves of the raw substrate 12 is deposited on the substrate which has just been described.
  • the pitch of the self-organized network of particles is such that that the pitch of the square network of strips of material 14 is adapted to it, that is to say that the pitch of the square network of strips of material 14 is approximately equal to the pitch of the particle network of the first type 18 auto ⁇ organized, or an integer multiple of it.
  • the affinity of the material 14 and the particles of the first type 18 are placed at the preferential location determined by the strips of material 14.
  • the substrate interaction - particle (here matter 14 - particle 18) is however of an amplitude such that it does not call into question the location of the rest of the particles at the locations determined by the self-organization of the particle network, that is to say say by the interactions between particles.
  • the structure shown in FIG. 8 is thus obtained.
  • the material t4 " may for example be platinum having an affinity for particles having an amine function at the surface.
  • the particle network of the first type 18 as a substrate for the deposition and networking of particles of a second type optionally in accordance with the invention, as is schematically shown in FIG. 9.
  • the particle network of the first type 18 may be used as an etching mask (or deposition mask according to another variant), in order to obtain a second modulation of the substrate for the deposition of another network of particles.
  • the network of particles of the first type 18 makes it possible to locate particles of a second type 17 in a network whose pitch is fixed by the size of the particles of the first type 18.
  • a third embodiment is shown in Figures 10 and 11.
  • a material deposit 23 is produced on a substrate 22 having a pattern of grooves having a crenellated shape in section.
  • the deposition of material 23 is here carried out in order to reduce the amplitude of the periodic variations of the topography of the substrate.
  • the substrate-particle interaction is carried out by other properties of the latter than its topography
  • the period of the patterns (that is to say of the topography of the raw substrate), which is not modified by the deposition of material 23, is adapted to the pitch of the particle network which it must to receive.
  • the particles consist of a core 28 coated with a shell 29.
  • the core 28 is for example the active element whose network structure is desired, whereas the shell 29 is intended to facilitate the formation of the network, for example by generating a particle interaction - specific particle and / or a specific substrate-particle interaction (Le., according to the schematic representation of FIG. 11, an adaptation of the size of the particle network to the grounds of the substrate 22, 23), or the generation of a certain elasticity in the particle network allowing a slight disagreement between the period of the pattern presented by the substrate and the period of self-organization of the particle network.
  • the substrate-particle interaction may be a remote interaction.
  • the embodiments which have just been described are only possible examples of embodiment of the invention. The various characteristics of these embodiments as well as those given as an alternative may in particular be combined differently from the examples given above.

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Abstract

Un procédé de réalisation d'un réseau de particules comprend une étape de dépôt de particules, aptes à auto-organiser avec un pas déterminé selon une première direction, sur un substrat présentant une propriété permettant une interaction du substrat et des particules et modulée selon la première direction avec une période adaptée audit pas. Une interaction substantielle subsiste ainsi entre chacune des particules et ses particules voisines selon la première direction.

Description

Réseau de particules et procédé de réalisation d'un tel réseau
L'invention concerne un réseau de particules, par exemple de nanoparticules, et un procédé de réalisation d'un tel réseau.
L'étude de la matière à des dimensions de plus en plus réduites dans différents domaines de la science conduit de nos jours à des ordres de grandeur auxquels on ne peut plus la considérer comme une structure continue, mais comme un ensemble discret de particules, dénommées de manière générale nanoparticules.
Dans ce cadre, l'organisation des particules sur un réseau périodique est recherchée dans de nombreuses applications, tels que par exemple les supports d'information magnétiques à ultra-haute densité (nanoparticules ferromagnétiques), les mémoires à base de nanoparticules semi-conductrices, les réseaux de nanoparticules luminescentes ou la formation de sites catalytiques ou réactionnels de très petites dimensions.
Dans ces applications comme naturellement dans d'autres, l'organisation des particules en un réseau aussi parfait que possible est souhaitable, mais très difficile à obtenir en pratique, notamment sur des distances suffisamment importantes.
Pour essayer de répondre à ce souhait, il a par exemple été proposé de former des réseaux grâce à l'auto-organisation des particules, c'est-à-dire grâce aux interactions qu'ont les particules entre-elles, comme décrit par exemple dans l'article "Monodisperse FePt Nanoparticles and Ferromagnetic FePt Nanocrystal Superlattices" de S. Sun ef a/, dans le magazine Science du 17 mars 2000 (volume 287, pages 1989-1992).
Toutefois, on ne peut généralement pas éviter la présence de défauts
(par exemple des lacunes du réseau - défauts ponctuels - ou des écarts en translation ou en orientation entre régions du réseau - défauts étendus), ce qui rend impossible en pratique la formation de réseaux sur de grandes distances par la simple auto-organisatfoîT des'pârtîcûTêsT
Afin d'essayer de contrôler l'organisation des particules sur de plus grandes distances, il a été proposé de disposer des assemblées de particules constituant une partie d'un réseau dans des structures lithographiées formées à la surface d'un substrat. L'article "Templated Self-Assembly of Block Copolymers: Effect of Substrate Topogaphf de J. Y. Chen et al. in Adv. Mater. 2003 15, No. 19, October 2, Wiley-VCH Verlag est relatif à des solutions de ce type.
En choisissant des dimensions des structures lithographiées inférieures à la distance séparant classiquement deux défauts du réseau de particules, on obtient au sein de chaque structure lithographiée une assemblée de particules sous forme de réseau qui ne présente pas de défaut si la distance moyenne entre défauts, qui est une donnée statistique, est respectée dans cette assemblée.
Même si cette technique réduit le nombre de défauts, elle ne peut empêcher leur apparition dans certains cas. Par ailleurs, l'extension à proprement parler du réseau est limitée aux dimensions de la structure lithographiée, dont la présence empêche, de plus, l'utilisation de la totalité de la surface disponible.
Il a par ailleurs été proposé d'utiliser un substrat dont les motifs lithographies présentent une forte interaction avec les particules, à tel point que cette interaction substrat - particule gouverne de manière prédominante la localisation des particules. Dans cette solution, ce sont donc les défauts du substrat, qu'il est naturellement impossible de réaliser de manière parfaite, qui provoqueront les défauts d'organisation du réseau (ce qui pouvait d'ailleurs déjà être le cas dans la solution évoquée précédemment). L'invention vise donc notamment une solution pour l'organisation d'un réseau de particules qui permette d'assurer au mieux la régularité du réseau, et ce également sur de grandes distances.
L'invention propose ainsi un réseau de particules disposées sur un substrat présentant une propriété permettant une interaction du substrat et des particules, caractérisé en ce que ladite propriété est modulée périodiquement selon une première direction en permettant une interaction substantielle entre chacune des particules et ses particules voisines selon la première direction.
La tendance des particules à l'auto-organisation (grâce à leurs interactions) est ainsi combinée à l'effet d'organisation fourni par le substrat, et non dominée par celui-ci, ce qui permet d'assurer une plus grande régularité dans Porganisatiomdu réseaαr
Ainsi, en l'absence de modulation de ladite propriété, l'interaction entre chacune des particules et ses particules voisines aurait permis Pauto-organisation locale des particules dans cette première direction. Pour obtenir ces effets de manière particulièrement efficace, on peut prévoir que l'intensité de l'interaction particule - substrat ne soit pas localement prépondérante devant les interactions particule - particule.
Une seconde propriété permettant une interaction du substrat et des particules, éventuellement identique à ladite propriété, peut en outre être modulée selon une seconde direction en permettant une interaction substantielle entre chacune des particules et ses particules voisines selon la seconde direction.
La grande régularité du réseau précédemment évoquée est ainsi assurée dans les deux directions de la face du substrat. Le réseau peut dans ce cas être carré ou hexagonal. En variante, il peut être hexagonal.
Lorsque les particules sont aptes à s'auto-organiser localement en l'absence de modulation de la propriété avec un pas déterminé selon la première direction, ladite propriété peut être modulée selon la première direction avec une période adaptée audit pas, c'est-à-dire par exemple que ladite période est essentiellement égale audit pas ou à un multiple dudit pas.
Ainsi le réseau de particules peut s'organiser en correspondance avec la modulation de la propriété présentée par le substrat.
Selon une possibilité de mise en œuvre, certaines particules au moins sont formées par un noyau central recouvert par une coquille. Dans ce cas, la coquille participe à l'interaction substrat - particule et/ou à l'interaction particule - particule. La coquille permet alors de faciliter la mise en réseau des noyaux centraux. La coquille peut se déformer pour permettre l'adaptation de la période d'organisation du réseau. Ladite propriété est par exemple liée à la topographie du substrat.
L'interaction du substrat et des particules peut également être une interaction à distance, par exemple du type magnétique ou électrique.
Le réseau de particules peut ne pas être limité à deux dimensions, mais s'étendre également selon une direction essentiellement perpendiculaire à la surface du substrat.
LLinvention propose~égalernént"ûn ι procédé de réalisation d'un réseau de particules, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de dépôt de particules, aptes à s'auto-organiser avec un pas déterminé selon une première direction, sur un substrat présentant une propriété permettant une interaction du substrat et des particules et modulée selon la première direction avec une période adaptée audit pas.
Les particules peuvent être formées préalablement à leur dépôt sur le substrat. Grâce à ce procédé, une interaction substantielle subsiste entre chacune des particules et ses particules voisines et on obtient donc l'effet évoqué plus haut.
Lorsque les particules sont aptes à s'auto-organiser en réseau avec un second pas selon une seconde direction, le substrat peut en outre présenter une seconde propriété permettant une interaction du substrat et des particules (éventuellement identique à ladite propriété) modulée selon la seconde direction avec une période adaptée au second pas.
On obtient ainsi un réseau de particules d'une grande régularité selon deux directions, c'est-à-dire en deux dimensions.
Selon un mode de réalisation envisageable, le procédé peut comprendre une étape de formation de motifs sur le substrat. On réalise ainsi des interactions substrat - particule liées à la topographie du substrat.
En pratique, l'étape de formation de motifs peut comprendre une étape de révélation d'un réseau de dislocations.
En variante, l'étape de formation de motifs peut être réalisée par lithographie ou par une technique de nanoimprint.
Le procédé peut aussi comprendre une étape de dépôt de matière permettant l'élaboration de ladite propriété modulée ou déterminant l'amplitude des modulations de ladite propriété modulée.
Les interactions substrat - particule sont ainsi générées, ou affinées, grâce à la matière déposée.
Les caractéristiques du réseau de particules évoquées plus haut, et les avantages qui en découlent, peuvent aussi être appliquées au procédé de réalisation du réseau qui vient d'être mentionné.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels -:-
- la figure 1 représente en vue de dessus un substrat dans un premier mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 2 représente une section selon la ligne A-A de la figure 1 ; - la figure 3 représente un réseau de particules disposé sur le substrat de la figure 1 selon le premier mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 4 représente une section selon la coupe B-B de la figure 3 ;
- la figure 5 représente le réseau de particules de la figure 3 au niveau d'un défaut dans le substrat ;
- la figure 6 représente le réseau de particules de la figure 3 au niveau d'un défaut dans celui-ci ;
- la figure 7 représente une vue en section d'un substrat selon un second mode de réalisation de l'invention ; - la figure 8 représente un réseau de particules disposées sur le substrat de la figure 7 ;
- la figure 9 représente un réseau composé de particules de deux types différents sur le substrat de la figure 7 ;
- la figure 10 représente une section d'un substrat dans un troisième mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 11 représente un réseau de particules disposées sur le substrat de la figure 10 ;
- la figure 12 représente une variante de réalisation du substrat de la figure 3 ; - la figure 13 représente un réseau de particules déposées sur le substrat de la figure 12 ;
- la figure 14 représente une variante de réalisation du réseau représenté à la figure 9 ;
- la figure 15 représente une vue de dessus du réseau de particules représenté à la figure 14.
Dans un premier mode de réalisation présenté à titre d'exemple non limitatif en référence aux figures 1 à 4, on utilise comme particules des nanoparticules d'alliage FePt monodisperses qui ont chacune un diamètre de 6,3 nm et forment un réseau de particules jointives comme détaillé dans la suite. En variante, il pourrait s'agir d'un réseau de particules non-iointives
La-figure i~ représente "sdiêmatiquërnent un substrat destiné à recevoir les particules. La surface du substrat 2 présente un réseau de rainures (ou sillons) formé par un premier ensemble de rainures 4 parallèles entre elles selon une première direction et un second ensemble de rainures 6 parallèles entre elles selon une seconde direction et perpendiculaires aux rainures 4 du premier ensemble.
Dans chacun des premier et second ensembles de rainures, les rainures
4, 6 sont séparées d'une distance au moins substantiellement égale au pas du réseau de particules dans la direction concernée, ou à un multiple entier de celui-ci.
Par ailleurs, selon une possibilité de réalisation utilisée dans l'exemple décrit ici, la distance séparant les rainures 4 du premier ensemble est identique à la distance séparant les rainures 6 du second ensemble et les rainures 4, 6 forment donc un réseau carré. En variante, notamment lorsque le pas du réseau de particules n'est pas le même dans la première et la seconde direction, les rainures peuvent former un réseau rectangulaire. Selon une autre variante, on peut utiliser un réseau hexagonal.
Dans l'exemple représenté aux figures 1 à 4, la distance séparant deux rainures parallèles voisines 4, 6 est fixée à 18,9 nm (selon une technique décrite ci- dessous), ce qui correspond donc au triple du pas du réseau jointif formé par les particules de FePt de diamètre 6,3 nm.
En variante, d'autres distances entre rainures parallèles voisines pourraient être utilisées, comme par exemple une distance de 6,3 nm égale au pas du réseau de particules dans le cas étudié ici, ou une distance de 31,5 nm correspondant à cinq fois le pas du réseau de ces mêmes particules.
Un substrat 2 présentant des rainures sous forme de réseau carré de ce type peut être obtenu par exemple par le collage d'un substrat de type silicium sur isolant (ou SOI selon la dénomination anglo-saxonne "Silicon-On-Insulatoi") présentant une couche de silicium d'environ 10 nm d'épaisseur sur un substrat de silicium massif ayant une épaisseur de l'ordre de 500 micromètres, avec rotation relative des axes cristallins des deux surfaces de silicium (1 ,0,0) à assembler, puis par exemple par la révélation du réseau de dislocations ainsi formé à l'interface des substrats au moyen d'une attaque chimique. Selon la variante déjà mentionnée, on peut obtenir un réseau hexagonal par-Gθllage-selon le-même"procêdé" dë'surfàcesUe silicium (1 ,1 ,1).
De telles techniques sont par exemple décrites dans les articles "Ultra thin silicon films directly bonded onto silicon wafers", de F. Fournel et al., in Materials Science and Engineering B73 (2000) 42-46, Elsevier Science S.A, et "ControUed surface nanopatieming with buried dislocation arrays", de F. Leroy et al. in Surface Science 545 (2003) 221-219, Elsevier B.V.
Selon cette technique, le pas λ du réseau de rainures (c'est-à-dire la distance entre rainures parallèles voisines) est relié à la rotation angulaire Ψ entre
les deux substrats (ou désorientation) selon la formule λ = — η= — , où asi est
2V2.sin(y>72) le pas du réseau du substrat et vaut 0,5431 nm pour le silicium.
On peut ainsi choisir l'angle Ψ de la désorientation de manière à obtenir la distance λ entre rainures parallèles voisines souhaitée, c'est-à-dire égale au pas du réseau de particules ou à un multiple entier de celui-ci. Par exemple, afin d'obtenir une distance séparant deux rainures parallèles voisines (ou pas du réseau de rainures) de 18,9 nm comme dans l'exemple représenté sur les figures 1 à 4, on utilise une désorientation entre les substrat de SOI et de silicium massif de 1 ,164°.
Dans les variantes indiquées ci-dessus, on utilise un angle de 3,493° pour obtenir un pas ou période du réseau de rainures de 6,3 nm, et un angle de 0,698° pour obtenir une période de 31 ,5 nm.
On peut remarquer que, la résolution angulaire dans les dispositifs utilisés à l'heure actuelle étant de l'ordre de 5 millièmes de degré pour la désorientation entre substrats, la distance entre rainures voisines parallèles obtenue est valable à 0,25 nm près dans le dernier cas évoqué et avec une précision inférieure à 0,1 nm dans les deux premiers cas.
Une fois les deux substrats assemblés par collage moléculaire avec une rotation relative définie en fonction du pas du réseau de rainures à obtenir, on élimine le substrat du SOI par exemple par polissage mécano-chimique en utilisant la couche d'oxyde de silicium comme couche d'arrêt. On élimine ensuite la couche d'oxyde de silicium par exemple avec une solution d'acide fluorhydrique (HF). On amincit ensuite la couche mince de silicium d'environ 10 nm au moyen d'une attaque chimique sensible aux contraintes induites par les dislocations, comme par exemole une version modifiée de l'attaque de type Yang (HF/Crθ3/H2θ) ou une version modifiée de l'attaque de type Dash (HF/HNO3/H2O) comme indiqué dans l'article mentionné en second lieu ci-dessus. En arrêtant l'attaque chimique au niveau de l'interface de collage (ou juste passée cette interface) grâce à la connaissance de la vitesse d'attaque de la solution utilisée, on révèle le réseau de dislocations créé à l'interface des substrats, ce qui permet d'obtenir le réseau carré de rainures 4, 6 (ou sillons) tel que représenté à la figure 1 , qui peut également être vu comme un réseau de protubérances 5.
En variante, on peut se situer dans un cas où on souhaite utiliser une structure complémentaire de celle qui vient d'être décrite, c'est-à-dire avec des protubérances 34 au niveau des sillons précédemment obtenus, comme représenté à la figure 12.
Pour obtenir ce type de structure, on peut procéder comme suit.
Selon une première solution, on fait diffuser un métal (par exemple de l'or) au niveau des dislocations avant l'étape de révélation chimique. On forme ainsi un réseau enterré de régions riches en métal. On procède ensuite à la révélation du réseau de protubérances 34 par exemple par abrasion ionique.
Selon une seconde solution, on réalise un réseau de sillons comme décrit précédemment en référence aux figures 1 et 2, puis on dépose dans ces sillons un matériau dont la vitesse d'abrasion sous faisceau ionique est plus faible que celle du substrat (en utilisant par exemple un métal comme de l'or sur un substrat de silicium). Les protubérances sont ensuite formées par abrasion ionique.
Une fois le substrat préparé, les nanoparticules 8 de FePt sont déposées sur le substrat où elles forment un réseau carré dont la structure est déterminée par la combinaison de l'auto-organisation des particules (due aux interactions entre particules, ici au contact jointif entre celles-ci) et de la localisation d'une partie au moins des particules 8 sur un site préférentiel du substrat 2 (interaction substrat - particules) formé ici par les rainures 4, 6 (ou sillons) du substrat 2 comme illustré sur les figures 3 et 4 (ou par les protubérances 34 dans la variante envisagée aux figures 12 et 13 où l'interaction substrat - particule considérée génère une localisation préférentielle d'une partie des particules 38 sur les protubérances 34). Une telle structure est par exemple obtenue par la dispersion préalable des-nanoparticules-8"de"FePt"dâns"ϋne sôlûtion d'hexane, le dépôt sur le substrat 2 de cette solution, puis l'évaporation lente de l'hexane.
Par construction, comme indiqué ci-dessus, le pas du réseau carré de rainures 4, 6 présentes à la surface du substrat 2 est sensiblement égal au pas du réseau auto-organisé des nanoparticules 8, ou à un multiple entier de celui-ci, de telle sorte que l'action combinée de l'auto-organisation entre particules 8 et la tendance à la localisation d'une partie des particules 8 sur les rainures 4, 6 conduit à l'organisation d'un réseau de particules avec une structure sensiblement identique à la structure du réseau que ces particules auraient adopté naturellement localement sur un substrat sans modulation. Les rainures 4, 6 du substrat 2 (ou les protubérances 34 le cas échéant) permettent ainsi d'assurer la régularité de la structure auto-organisée à grande échelle.
On a représenté à la figure 5 un réseau de nanoparticules 8 ayant la structure qui vient d'être décrite et représentée à la figure 4, dans lequel le substrat 2 présente un défaut 3, en l'occurrence l'absence d'une rainure 4.
Du fait que la localisation des particules 8 du réseau n'est pas déterminée uniquement par la présence des rainures 4, mais également par l'interaction avec les autres particules (interaction liée à l'auto-organisation des particules), la particule 7 située au droit du défaut 3 du substrat 2 est correctement située dans le réseau en dépit du défaut de rainure.
De manière analogue, on a représenté à la figure 6 un réseau de nanoparticules du type de celui représenté à la figure 4, dans lequel certaines particules 9 ont une position légèrement décalée par rapport à leur position théorique dans le réseau (ce qui est représenté schématiquement sur la figure 6 par une taille légèrement inférieure pour ces particules 9), qui auraient conduit en l'absence du substrat 2 à un décalage de phase dans le réseau de particules.
Toutefois, grâce à la présence de la rainure 4, la particule voisine des particules 9 introduisant le décalage est située précisément à l'emplacement déterminé par cette rainure 4, sans décalage de phase par rapport à la particule située au droit de la rainure voisine.
Ainsi, si l'interaction entre particules reste importante pour l'ensemble des particules du réseau, la présence des rainures (et de manière générale l'interaction substrat - particule) permet de corriger un léger décalage de phase qui pourrait être introduit par un défaut dans le réseau de particules pris isolément.
En -outrerdu -fait dei'adaptation" du" réseau de rainures 4, 6 au pas du réseau de particules auto-organisées dans la première et la seconde directions, l'effet qui vient d'être décrit existe dans les deux directions parallèles à la surface du substrat 2 et celui-ci permet donc d'assurer à grande échelle l'organisation du réseau de particules dans ces deux directions. La tendance à Pauto-organisation du réseau carré (ou en variante rectangulaire) de particules est donc confortée par la présence des rainures 4, 6 simultanément dans les deux directions de la surface du substrat 2. Les figures 7 à 9 représentent un second mode de réalisation de l'invention qui va à présent être décrit.
Selon ce second mode réalisation, le substrat brut 12 comporte un réseau carré de rainures obtenu de manière analogue au substrat décrit dans le premier mode de réalisation. On réalise sur ce substrat 12 un dépôt dans les rainures ou entre celles-ci d'une matière 4 ayant une affinité particulière avec de premières particules 18 à organiser (comme décrit en détail plus loin).
La surface du substrat destinée à recevoir les particules présente donc un réseau carré de régions formées de cette matière, par exemple des bandes 14 ; on peut remarquer que la surface du substrat ainsi obtenue peut éventuellement dans ce cas être globalement plane, comme représenté à la figure 7.
On dépose sur le substrat qui vient d'être décrit un ensemble de particules 18 d'un premier type qui ont une affinité particulière avec la matière 14 déposée dans les rainures du substrat brut 12. Le pas du réseau auto-organisé de particules est tel que le pas du réseau carré de bandes de matière 14 lui soit adapté, c'est-à-dire que le pas du réseau carré de bandes de matière 14 est approximativement égal au pas du réseau des particules du premier type 18 auto¬ organisé, ou à un multiple entier de celui-ci.
Grâce à l'affinité de la matière 14 et des particules du premier type 18, certaines de ces particules (une sur deux sur l'exemple représenté) se placent à la localisation préférentielle déterminée par les bandes de matière 14. L'interaction substrat - particule (ici matière 14 - particule 18) est toutefois d'une amplitude telle qu'elle ne remet pas en cause la localisation du reste des particules aux emplacements déterminés par l'auto-organisation du réseau de particules, c'est-à- dire par les interactions entre particules. On obtient ainsi la structure représentée à la figure 8.
La - matière t4"peut par exemple être du platine présentant une affinité pour des particules présentant en surface une fonction aminé.
Selon une possibilité de réalisation, lorsque l'on souhaite obtenir une structure de réseau en trois dimensions, on peut utiliser le réseau de particules du premier type 18 comme substrat pour le dépôt et l'organisation en réseau de particules d'un second type 19 éventuellement conformément à l'invention, comme cela est schématiquement représenté sur la figure 9.
En variante, le réseau de particules du premier type 18 peut être utilisé comme masque de gravure (ou masque de dépôt selon une autre variante), afin d'obtenir une deuxième modulation du substrat en vue du dépôt d'un autre réseau de particules.
Selon une autre variante illustrée sur les figures 14 et 15, le réseau de particules du premier type 18 permet la localisation de particules d'un second type 17 selon un réseau dont le pas est fixé par la taille des particules du premier type 18.
Un troisième mode de réalisation est représenté sur les figures 10 et 11.
Selon ce troisième mode de réalisation, un dépôt de matière 23 est réalisé sur un substrat 22 présentant un motif de rainures ayant en coupe une allure crénelée. Le dépôt de matière 23 est ici réalisé dans le but de diminuer l'amplitude des variations périodiques de la topographie du substrat.
Selon d'autres modes de réalisation dans lesquels l'interaction substrat - particule est réalisée par d'autres propriétés de celui-ci que sa topographie, on pourrait envisager de manière analogue de diminuer l'amplitude des variations périodiques de cette propriété ; par exemple, lorsque la propriété utilisée est une interaction dont l'amplitude diminue avec la distance (du type interaction électrique ou magnétique), on pourrait ainsi procéder au dépôt d'une couche uniforme pour éloigner légèrement chacune des particules du substrat.
On peut ainsi adapter l'amplitude de la modulation de la propriété du substrat utilisé pour interagir avec les particules afin que cette interaction permette une localisation préférentielle des particules sans toutefois rendre négligeable l'effet des interactions entre particules.
Comme dans les exemples précédents la période des motifs (c'est-à- dire de la topographie du substrat brut), qui n'est pas modifiée par le dépôt de matière 23, est adaptée au pas du réseau de particules qu'il doit recevoir.
Dans l'exemple donne ici, les particules sont constituées par un cœur 28 revêtu d'une coquille 29. Le cœur 28 est par exemple l'élément actif dont on souhaite obtenir la structure en réseau, tandis que la coquille 29 est destinée à faciliter la formation du réseau, par exemple en générant une interaction particule - particule spécifique et/ou une interaction substrat - particule spécifique (Le., selon la représentation schématique de la figure 11 , une adaptation de la taille du réseau de particules aux motifs du substrat 22, 23), ou encore la génération d'une certaine élasticité dans le réseau de particules autorisant un léger désaccord entre la période du motif présenté par le substrat et la période d'auto-organisation du réseau de particules.
Selon un autre mode possible de réalisation (non représenté), l'interaction substrat - particule peut être une interaction à distance. Dans ce cadre, on peut prévoir de réaliser un réseau enterré d'un matériau conducteur, par exemple selon la solution déjà évoquée pour ce faire, qu'il est possible de charger électriquement afin d'obtenir une certaine polarisation. On peut ainsi obtenir en surface un champ électrique modulé venant agir sur les particules à organiser. La polarisation du réseau peut éventuellement être annulée une fois l'organisation effectuée. Les modes de réalisation qui viennent d'être décrits ne sont que des exemples possibles de réalisation de l'invention. Les différentes caractéristiques de ces modes de réalisation ainsi que celles données à titre de variante pourront notamment être combinées de manière différente des exemples donnés ci-dessus.

Claims

REVENDICATIONS
1. Réseau de particules (8 ; 18, 19 ; 28, 29) disposées sur un substrat (2 ; 12, 14 ; 22, 23) présentant une propriété permettant une interaction du substrat (2 ; 12, 14 ; 22, 23) et des particules (8 ; 18, 19 ; 28, 29), caractérisé en ce que ladite propriété est modulée périodiquement selon une première direction en permettant une interaction substantielle entre chacune des particules (8 ; 18, 19 ; 28, 29) et ses particules voisines selon la première direction.
2. Réseau de particules selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'une seconde propriété permettant une interaction du substrat (2) et des particules (8) est modulée selon une seconde direction en permettant une interaction substantielle entre chacune des particules (8) et ses particules voisines selon la seconde direction.
3. Réseau de particules selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les particules (8 ; 18, 19 ; 28, 29) sont aptes à s'auto-organiser localement en l'absence de modulation de ladite propriété avec un pas déterminé selon la première direction et en ce que ladite propriété est modulée selon la première direction avec une période adaptée audit pas.
4. Réseau de particules selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite période est essentiellement égale audit pas ou à un multiple dudit pas.
5. Réseau de particules selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que certaines particules (28, 29) au moins sont formées par un noyau central (28) recouvert par une coquille (29).
6. Réseau de particules selon la revendication 5, caractérisé en ce que la coquille (29) est apte à se déformer pour permettre l'adaptation de la période d'organisation du rêsèâu.
7. Réseau de particules selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la coquille (29) participe à l'interaction substrat - particule et/ou à l'interaction particule - particule.
8. Réseau de particules selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite propriété est liée à la topographie du substrat (2 ; 22, 23).
9. Réseau de particules selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'interaction du substrat (12, 14) et des particules (18, 19) est une interaction à distance.
10. Réseau de particules selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'interaction à distance est du type magnétique ou électrique.
11. Réseau de particules selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il s'étend selon une direction essentiellement perpendiculaire à la surface du substrat (12, 14).
12. Procédé de réalisation d'un réseau de particules, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de :
- dépôt de particules (8 ; 18, 19 ; 28, 29), aptes à s'auto-organiser avec un pas déterminé selon une première direction, sur un substrat (2 ; 12, 14 ; 22, 23) présentant une propriété permettant une interaction du substrat (2 ; 12, 14 ; 22, 23) et des particules (8 ; 18, 19 ; 28, 29) et modulée selon la première direction avec une période adaptée audit pas.
13. Procédé de réalisation d'un réseau de particules selon la revendication 12, caractérisé en ce que les particules (8) sont aptes à s'auto- organiser en réseau avec un second pas selon une seconde direction et en ce que le substrat (2) présente une seconde propriété permettant une interaction du substrat (2)- et des~particules" (8) modulée "selon la seconde direction avec une période adaptée au second pas.
14. Procédé de réalisation d'un réseau de particules selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de formation de motifs (4, 6 ; 22, 23) sur le substrat.
15. Procédé de réalisation d'un réseau de particules selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'étape de formation de motifs comprend une étape de révélation d'un réseau de dislocations.
16. Procédé de réalisation d'un réseau de particules selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'étape de formation de motifs est réalisée par lithographie.
17. Procédé de réalisation d'un réseau de particules selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'étape de formation de motifs est réalisée par nanoimprint.
18. Procédé de réalisation d'un réseau de particules selon l'une des revendications 12 à 17, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de dépôt de matière (14) permettant l'élaboration de ladite propriété modulée.
19. Procédé de réalisation d'un réseau de particules selon l'une des revendications 12 à 18, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de dépôt de matière (23) déterminant l'amplitude des modulations de ladite propriété modulée.
20. Procédé de réalisation d'un réseau de particules selon l'une des revendications 12 à 19, caractérisé en ce que ladite période est essentiellement égale audit pas ou à un multiple dudit pas.
21. Procédé de réalisation d'un réseau de particules selon l'une des revendications 12 à 20, caractérisé en ce que certaines particules au moins sont formées-par un-noyau central (20) recouvert par une coquille (29).
22. Procédé de réalisation d'un réseau de particules selon la revendication 21 , caractérisé en ce que la coquille (29) est apte à se déformer pour permettre l'adaptation de la période d'organisation du réseau.
23. Procédé de réalisation d'un réseau de particules selon la revendication 21 ou 22, caractérisé en ce que la coquille (29) participe à l'interaction substrat - particule et/ou à l'interaction particule - particule.
24. Procédé de réalisation d'un réseau de particules selon l'une des revendications 12 à 23, caractérisé en ce que ladite propriété est liée à la topographie du substrat (2 ; 22, 23).
25. Procédé de réalisation d'un réseau de particules selon l'une des revendications 12 à 23, caractérisé en ce que l'interaction du substrat (12, 14) et des particules est une interaction à distance.
26. Procédé de réalisation d'un réseau de particules selon la revendication 25, caractérisé en ce que l'interaction à distance est du type magnétique ou électrique.
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