FR2926669A1

FR2926669A1 - Procede de realisation de nanoelements a des emplacements predetermines de la surface d'un substrat

Info

Publication number: FR2926669A1
Application number: FR0853316A
Authority: FR
Inventors: Astrid Astier; Olivier Redon; Sergio Nicoletti; Mathilde Cartier; Isabelle Duszynski
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2008-05-21
Filing date: 2008-05-21
Publication date: 2009-07-24

Abstract

Il s'agit d'un procédé de réalisation d'un ou plusieurs nanoéléments (40) à des emplacements prédéterminés (30) de la surface d'un substrat (100) en structurant la surface du substrat (100) en saillie (110) et en creux (120) de manière à définir les emplacements prédéterminés (30) devant accueillir les nanoéléments (40), en déposant une couche de matériau des nanoéléments (101) sur la surface structurée du substrat (100), en gravant de manière anisotrope la couche de matériau des nanoéléments (101) par faisceau (102) d'ions chimiquement inertes pour délimiter le contour des nanoéléments (40) au niveau des emplacements prédéterminés (30).

Description

PROCEDE DE REALISATION DE NANOELEMENTS A DES EMPLACEMENTS PREDETERMINES DE LA SURFACE D'UN SUBSTRAT

DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un procédé de réalisation de nanoéléments a des emplacements prédéterminés de la surface d'un substrat, ces nanoéléments peuvent être des nanoéléments avec des propriétés physiques prédéterminées comme par exemple des nanoéléments de catalyseur métallique dédiés à initier la croissance de nanoobjets tels des nanotubes ou des nanofils. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Afin d'obtenir une croissance de nanotubes ou une croissance de nanofils à la surface d'un substrat, une des techniques employée actuellement consiste à utiliser un catalyseur métallique, par exemple du nickel, du siliciure de platine, de l'or, du fer. On effectue une mise en gouttes thermique de ce catalyseur métallique, puis on fait croître le nanoobjet à partir de ce catalyseur. Une des difficultés de réalisation est donc de localiser les nanoéléments de catalyseur à des emplacements choisis au préalable de la surface du substrat, tout en maintenant les propriétés catalytiques du matériau afin d'obtenir la croissance des nanoobjets aux emplacements choisis au préalable.

Bien que la physique des phénomènes de croissance soit encore mal connue, il s'avère expérimentalement que les expositions du catalyseur à des solutions chimiques ou à des gaz réactifs modifient notablement ses propriétés et que ces expositions sont susceptibles de perturber ensuite la croissance des nanoobjets. Une technique standard de localisation de nanoéléments utilisant des procédés micro-électroniques est décrite dans la demande de brevet EP-A-1 059 266. Elle consiste à déposer une couche mince du matériau du catalyseur 1 à la surface d'un substrat 2 (figure 1A) puis à déposer une résine photosensible 3 sur le catalyseur 1, à insoler cette résine photosensible 3 à travers un masque chromé (non représenté) avec un rayonnement d'insolation et à développer cette résine photosensible 3, c'est-à-dire à éliminer la résine photosensible ayant réagi lors de l'exposition au rayonnement d'insolation à travers le masque. Il reste à la surface du substrat 2 des motifs 3 de résine qui vont servir alors de masque de gravure (figure 1B). Ces motifs 3 de résine correspondent aux emplacements où l'on désire localiser le catalyseur 1. Ce masque de gravure en résine 3 permet d'éliminer la couche mince de catalyseur 1 par gravure humide ou gravure sèche en dehors de ces motifs 3 de résine (figure 1C). Les motifs 3 de résine sont ensuite éliminés et il ne reste que des nanoéléments de catalyseur 4 localisés aux endroits choisis au préalable (figure 1D) . Une mise en gouttes des nanoéléments de catalyseur 4 est effectuée (figure 1E) et une croissance des nanoobjets 6 à partir des nanoéléments de catalyseur 4 peut avoir lieu (figure IF). Cette technique met en oeuvre un procédé usuel en micro-électronique, mais il pose problème dans le cadre de la croissance de nanoobjets à partir des nanoéléments de catalyseur 4, car l'enchaînement d'étapes décrit précédemment perturbe les propriétés du catalyseur dans la mesure où l'exposition du catalyseur 1 à la résine photosensible 3 et aux différents produits chimiques ne permet pas d'obtenir ensuite lors de la croissance, des nanoobjets 6, ayant des caractéristiques souhaitées, tant en termes morphologique qu'électrique ou optique. On rencontre le même problème avec la technique décrite dans la demande de brevet EP-A-1 059 266, dans laquelle on dépose une couche de matériau catalyseur à la surface d'un substrat, puis on grave la couche de matériau catalyseur pour former des nanoéléments de catalyseurs sur lesquels on forme les nanoobjets. La délimitation des nanoéléments de catalyseurs se fait par photolithographie et gravure humide, gravure gazeuse ou gravure par plasma. Une autre technique couramment utilisée pour obtenir les nanoéléments de catalyseur 4 est la technique bien connue de décollement (lift-off). Celle-ci consiste à déposer une couche sacrificielle 7 sur le substrat 2 (figure 2A). La couche sacrificielle 7 peut être minérale, par exemple en oxyde de silicium, ou organique telle que de la résine. On réalise ensuite des ouvertures 8 dans cette couche sacrificielle 7 (figure 2B). Les ouvertures 8 mettent à nu localement le substrat 2. Le substrat mis à nu au fond des ouvertures correspond aux emplacements où l'on désire localiser les nanoéléments. La couche sacrificielle structurée par les ouvertures 8 forme un masque sacrificiel 9. On dépose le matériau catalyseur 1 à travers le masque sacrificiel 9 (figure 2C). On réalise un dépôt anisotrope. Le masque sacrificiel 9 est ensuite décollé par voie chimique entraînant le catalyseur 1 présent à sa surface. Il ne subsiste plus que le catalyseur directement sus-jacent au substrat 2, c'est-à-dire le catalyseur qui est passé à travers le masque sacrificiel 9 (figure 2D), ce qui correspond aux nanoéléments de catalyseur 4. Il ne reste plus qu'à les mettre en gouttes et à y faire croître les nanoobjets.

Ces étapes ne sont pas représentées. Cette méthode est cependant peu adaptée à l'obtention de reprises de contact optimales entre une électrode métallique inférieure et des nanotubes de carbone. En effet, pour optimiser cette reprise de contact, il convient de réaliser une étape de pré- nettoyage du substrat, exposé par le masque sacrificiel, par exemple par bombardement de la surface par un plasma d'ions argon avant le dépôt du catalyseur 1 ou encore un traitement chimique de surface et ces opérations ne peuvent être correctement effectuées à travers le masque sacrificiel 9 en place. Un autre problème de cette technique peut intervenir lors du décollement de la couche sacrificielle qui relâche des particules de catalyseur dans le bain chimique. Cette contamination est généralement mal tolérée dans un milieu micro-électronique. Une autre méthode connue de l'état de l'art met en oeuvre la localisation de nanoéléments au fond de trous en utilisant une étape de polissage mécano-chimique. On forme une couche d'oxyde 10 sur le substrat 2 (figure 3A). On réalise des ouvertures 8 dans cette couche d'oxyde 10 (figure 3B) de manière à exposer le substrat. Le substrat 2 exposé par les ouvertures 8 correspond aux emplacements où l'on désire localiser ultérieurement les nanoéléments de catalyseur. On dépose le matériau catalyseur 1 sur la couche d'oxyde 10 munie des ouvertures 8 (figure 3C). Le dépôt est anisotrope. On élimine ensuite le catalyseur 1 se trouvant sur la couche d'oxyde 10 par un polissage mécano-chimique. Du catalyseur 1 subsiste au fond des ouvertures 8, ce qui correspond aux nanoéléments de catalyseur 4 (figure 3D). Il ne reste plus qu'à les mettre en gouttes et à y faire croître les nanoobjets. Ici non plus ces étapes ne sont pas représentées pour ne pas surcharger les dessins. Cependant cette technique ne permet la localisation des nanoéléments 4 de catalyseur qu'au fond des ouvertures 8 et ces dernières doivent avoir un rapport de forme (profondeur sur diamètre ou longueur) bien supérieur à un afin de permettre une étape de polissage mécano-chimique bien maîtrisée. En d'autres termes, l'épaisseur de la couche d'oxyde 10 est importante par rapport au diamètre ou à la longueur des ouvertures 8. De plus, la nature chimique de la suspension colloïdale abrasive utilisée lors du polissage mécano-chimique est susceptible de perturber les propriétés physico-chimiques des nanoéléments de catalyseur. Et enfin, la profondeur importante des ouvertures 8 dans la couche d'oxyde 10 peut être très pénalisante puisqu'il est très difficile de mener à bien l'étape de nettoyage suivant le polissage mécano-chimique visant à enlever des nanoparticules de suspension colloïdale abrasive sur une topographie telle que décrite. Les résidus peuvent perturber voire empêcher l'étape de mise en gouttes des nanoéléments 4 de catalyseur ou la croissance des nanoobjets. Le type de procédé précédemment décrit ne peut être employé que pour obtenir une croissance dite verticale et donc perpendiculaire au substrat puisqu'elle se fait depuis le substrat exposé par les ouvertures 8. Pour obtenir certains nanoobjets, il peut être nécessaire de réaliser une croissance dite latérale selon une direction parallèle au substrat. Une technique bien connue de l'état de l'art pour obtenir cette croissance latérale consiste à utiliser une couche masque qui permet d'inhiber une croissance verticale et de favoriser une croissance latérale moyennant l'exposition du catalyseur lors du procédé de croissance uniquement sur ses parois verticales. On réalise sur le substrat des saillies d'oxyde 11 (figure 4A), ces saillies 11 devant servir de base pour les nanoéléments de catalyseur. On dépose en surface des saillies 11 et dans les creux 12 entre les saillies 11, une couche de catalyseur 1 revêtue d'une couche de protection 13 dite couche masque. On élimine par gravure le catalyseur 1 et la protection 13 entre les saillies 11 dans les creux 12 (figure 4B). Les nanoéléments 4 de catalyseur sont localisés en sandwich entre les saillies 11 et ce qui reste de la couche de protection 13. Il suffit de mettre les nanoéléments en gouttes et d'y faire croître latéralement les nanoobjets 6 (figure 4C). La croissance de nanofils de silicium requiert du matériau cristallin directement sous-jacent aux nanoéléments 4 de catalyseur. La technique que l'on vient de décrire ne convient donc pas, puisque les saillies 11 ne sont pas en matériau cristallin. Mais l'inconvénient majeur de cette technique est que le chauffage requis lors de l'étape de démouillage du matériau catalyseur conduisant aux gouttes, est susceptible de provoquer le décollement de la couche de protection 13. Une autre technique permettant d'obtenir des nanoéléments de catalyseur destinés à favoriser une croissance latérale consiste à réaliser le dépôt du matériau catalyseur sous incidence oblique. On se réfère à la figure 5A. Sur cette figure, des saillies 11 d'oxyde sont réparties sur le substrat 2. On dépose le matériau catalyseur 1 sur les saillies 11 sous incidence oblique par rapport à la surface du substrat 2. Ce dépôt se fait par pulvérisation sous un angle choisi permettant d'obtenir un dépôt préférentiellement localisé sur les saillies. Le dépôt est préférentiellement localisé sur les zones 4, mais a lieu également sur le reste de la surface dans une épaisseur plus réduite. Ainsi quelques nanoobjets peuvent être présents en dehors des zones choisies. Sur la figure 5A, c'est sur l'arête gauche de certaines saillies 11 que le dépôt du matériau catalyseur s'effectue préférentiellement. Le catalyseur s'étend de part et d'autre de l'arête gauche de certaines saillies, sur le sommet et sur le flanc desdites saillies. Ce dépôt forme les nanoéléments 4 de catalyseur. Il suffit ensuite de faire la mise en gouttes des nanoéléments 4 de catalyseur (figure 5B). La figure 5C montre des nanotubes 20 dirigés sensiblement horizontalement, verticalement ou inclinés que l'on a fait croître à partir des nanoéléments 4 de catalyseur. Avec la localisation des nanoéléments 4 représentés, les nanoobjets 6 croissent dans une multitude de directions. Cette technique n'est pas exploitable de manière industrielle dans la mesure où la localisation est relativement mal déterminée et peu précise, des nanoobjets parasites se développant à des endroits non choisis. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention a justement comme but de proposer un procédé de réalisation d'un ou plusieurs nanoéléments à des emplacements choisis de la surface d'un substrat, ce procédé ne présentant pas les inconvénients mentionnés ci-dessus et préservant les propriétés physico-chimiques que doivent posséder les nanoéléments entre le début et la fin du procédé.

Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de réalisation d'un ou plusieurs nanoéléments à des emplacements choisis de la surface d'un substrat permettant d'utiliser ultérieurement ces nanoéléments comme initiateur de croissance de nanoobjets, sans que ces nanoobjets ne soient affectés de défauts morphologiques, électriques ou optiques. Pour y parvenir, la présente invention est un procédé de réalisation d'un ou plusieurs nanoéléments à des emplacements prédéterminés de la surface d'un substrat comportant les étapes suivantes : - structuration de la surface du substrat en saillie et en creux de manière à définir les emplacements prédéterminés devant accueillir les nanoéléments, - dépôt d'une couche de matériau des nanoéléments sur la surface structurée du substrat, - gravure anisotrope de la couche de matériau des nanoéléments par faisceau d'ions chimiquement inertes pour délimiter le contour des nanoéléments au niveau des emplacements prédéterminés. Le substrat possédant un plan principal, le faisceau d'ions chimiquement inertes peut avoir une incidence sensiblement normale ou inclinée par rapport au plan principal du substrat. Le dépôt de la couche de matériau des nanoéléments est de préférence un dépôt isotrope. Le dépôt de la couche de matériau des nanoéléments peut être un dépôt localisé sur la surface structurée englobant les emplacements prédéterminés ou un dépôt qui occupe toute la surface structurée.

Le dépôt de la couche de matériau des nanoéléments peut se faire sous incidence inclinée par rapport au plan principal du substrat. Un emplacement prédéterminé peut se trouver sur un flanc d'une saillie. Dans un mode de réalisation, la surface structurée peut comporter des saillies à structure sensiblement en T formées chacune d'un pilier et d'une casquette surmontant le pilier.

Un emplacement prédéterminé peut être un flanc d'une casquette. Dans un autre mode de réalisation, un emplacement prédéterminé peut être un fond de creux. De manière avantageuse, les nanoéléments peuvent être des nanoéléments de catalyseur métallique. La présente invention concerne également un procédé de réalisation d'un ou plusieurs nanoobjets à partir de nanoéléments réalisés selon le procédé exposé précédemment. Dans ce procédé, les nanoéléments sont mis en gouttes thermiquement et les nanoobjets sont en mis en croissance en présence d'un gaz approprié. Les nanoobjets peuvent être dirigés sensiblement selon le plan principal du substrat ou sensiblement perpendiculairement audit plan.

En variante, les nanoobjets peuvent être suspendus au-dessus de creux de la surface structurée. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - les figures 1A à 1F montrent différentes étapes de réalisation standard de nanoobjets à partir de nanoéléments localisés à des emplacements prédéterminés d'un substrat ; - les figures 2A à 2D montrent différentes étapes de réalisation par polissage mécano-chimique de nanoéléments localisés à des emplacements prédéterminés d'un substrat ; - les figures 3A à 3D montrent différentes étapes de réalisation par décollement de nanoéléments localisés à des emplacements prédéterminés d'un substrat ; - les figures 4A à 4C montrent différentes étapes de réalisation de nanoobjets à partir de nanoéléments placés sous une couche de protection et localisés à des emplacements prédéterminés d'un substrat ; - les figures 5A à 5C montrent différentes étapes de réalisation de nanoobjets à partir de nanoéléments obtenus par dépôt sous incidence oblique ; - les figures 6A à 6G montrent différentes étapes de réalisation de nanoobjets à partir de nanoéléments obtenus par le procédé de l'invention ; - les figures 7A1, 7A2, 7B et 7C montrent différentes étapes de réalisation de nanoobjets à partir de nanoéléments obtenus par une variante du procédé de l'invention ; - les figures 8A à 8D montrent différentes étapes de réalisation de nanoobjets en suspend au-dessus d'un substrat, à partir de nanoéléments obtenus par une autre variante du procédé de l'invention ; - les figures 9A à 9D montrent différentes étapes de réalisation de nanoobjets sensiblement perpendiculaires à un substrat, à partir de nanoéléments obtenus par encore une autre variante du procédé de l'invention. Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS On va maintenant en se référant aux figures 6A à 6G décrire un premier exemple de procédé de réalisation d'un ou plusieurs nanoéléments, chacun à un emplacement prédéterminé 30 de la surface d'un substrat 100. Le substrat 100 s'étend selon un plan principal xoy. Les nanoéléments, référencés 40, peuvent être des nanoéléments de catalyseur destinés à initier la croissance de nanoobjets tels des nanotubes ou des nanofils. Mais l'invention n'est pas limitée à des nanoéléments de catalyseur, il peut s'agir de nanoéléments métalliques, semi-conducteurs ou isolants, minéraux ou organiques employés pour leurs propriétés par exemples optiques et/ou électriques et/ou géométriques et/ou chimiques, liées à leur dimensions nanométriques. On cite comme exemple les nanoparticules métalliques utilisées comme sources émetteurs de plasmons (voir pour exemple le document T. H. Taminiau et al., X/4 Résonance of an Optical Monopole Antenna Probed by Single Molecule Fluorescence , Nana Lett. 7(1), p.28-33 (2007)), ou les nanoparticules d'un semi-conducteur ou d'un métal utilisées dans la grille flottante d'une cellule mémoire FLASH (voir pour exemple le document M. Kanoun et. al, Charging effects in Ge nanocrytals embedded in SiO2 matrix for non volatile memory applications , Materials Science and Engineering C 26 (2006) p.360 - 363). Le substrat 100 utilisé au départ peut être un matériau semi-conducteur comme le silicium, le germanium ou l'arséniure de gallium, un matériau cristallin tel que par exemple le saphir, ou un matériau non-cristallin comme le verre, (figure 6A). Une des ses faces principales comporte un relief en saillie et en creux, ce relief permettant de définir les emplacements prédéterminés 30 devant accueillir les nanoéléments 40. Ces reliefs en saillie 110 et en creux 120 peuvent être réalisés par une étape de photolithographie et gravure humide ou sèche dans le matériau du substrat 100. En variante, le substrat pourrait être formé d'un substrat de base revêtu d'une couche superficielle d'un matériau apte à être gravé à l'aide de technologies typiques de la microélectronique, comme l'oxyde de silicium ou le nitrure de silicium. Cette variante est décrite à la figure 7A1 ou à la figure 7A2. Sur la figure 6B, on suppose que les reliefs sont une succession de moulures en saillie et de rainures en creux, les saillies 110 ont un sommet 21 sensiblement parallèle au plan du substrat 100 et des flancs 20 sensiblement normaux au plan principal du substrat 100, les creux 120 quant à eux ont un fond 22 et partagent les flancs 20 de deux saillies 110 successives. On pourrait envisager que les reliefs soient des plots sensiblement cylindriques par exemple au lieu d'être des moulures. Dans la suite, on emploiera que les termes généraux saillies et creux. On suppose que les emplacements prédéterminés 30 sont les flancs 20 des saillies 11. On revêt ensuite, à la figure 6C, la surface en relief du substrat 100 d'une couche du matériau des nanoéléments 101. On suppose que dans l'exemple décrit les nanoéléments sont des nanoéléments de catalyseur métallique. Cet exemple n'est bien sûr pas limitatif. Ce matériau des nanoéléments 101 peut être réalisé à base de métaux de transition pris seuls ou en combinaison et notamment de nickel, de fer, d'or, de platine, de cobalt. Le dépôt du matériau des nanoéléments 101 peut par exemple se faire par pulvérisation ou par évaporation sous incidence sensiblement normale ou oblique au plan principal du substrat 100. Dans cet exemple toute la surface en relief du substrat 100 est revêtue mais ce n'est pas une obligation. L'étape suivante est une étape de gravure de la couche de matériau des nanoéléments 101 pour délimiter les nanoéléments 40 aux emplacements prédéterminés 30. Selon l'invention, cette étape de gravure est une étape de gravure directive anisotrope par faisceau d'ions chimiquement inertes 102. Il s'agit donc d'une gravure uniquement physique où la matière est enlevée par effet mécanique. Dans l'exemple décrit, la gravure se fait sous incidence sensiblement normale au plan principal du substrat 100, le substrat pouvant être mis en rotation autour de son axe normal. Les ions du faisceau ionique 102 ne réagissent pas avec le matériau des nanoéléments 101. Il peut s'agir d'ions argon par exemple. On diminue ainsi considérablement le risque de modifier les propriétés physiques, chimiques, catalytiques des nanoéléments par rapport à celles du matériau avant son dépôt. Cette technique de gravure est connue sous la dénomination de IBE qui est l'abréviation de ion beam etching. Dans l'exemple des figures 6, la gravure ôte le matériau des nanoéléments 101 sur le sommet 21 des saillies 110 et au fond 22 des creux 120 mais pas sur les flancs 20 des saillies 110 puisque les emplacements prédéterminés 30 sont sur les flancs. La gravure a pour but de délimiter le contour des nanoéléments 40 à l'emplacement prédéterminé 30. Les nanoéléments 40 sont parfaitement localisés sur la topographie de la surface du substrat 100. Il suffira alors de fractionner les nanoéléments 40 en nanoparticules, ce qui revient à les mettre en gouttes 15 par recuit thermique par exemple à une température de l'ordre de 500°C à 600°C pour du nickel (figure 6E). Des nanoobjets 60 pourront alors croître sur les nanoéléments mis en gouttes. Cette croissance peut se faire par dépôt chimique en phase gazeuse (connu sous l'abréviation de CVD) dans une atmosphère d'acétylène si les nanoobjets 60 sont en carbone ou dans une atmosphère de silane si les nanoobjets 60 sont en silicium. Dans ce cas, la croissance des nanoobjets 60 a lieu à partir des flancs 20 des saillies 110 et les nanofils ou nanotubes sont sensiblement parallèles au plan principal du substrat (voir figure 6F et photographie de la figure 6G). Puisque les nanoéléments 40 sont sus-jacents à un matériau cristallin, on peut ainsi faire croître des nanoobjets de silicium, ce qui n'était pas le cas avec la technique de l'art antérieur illustrée à la figure 4C. On peut se référer à l'article The catalyst in the CVD of carbon nanotubes - a review de Anne-Claire Dupuis de Progress in materials science 50(2005) pages 929-961 qui explique comment faire croître les nanoobjets à partir des nanoéléments. En variante décrite à la figure 7A1, le relief prend la forme de saillies 110 et est réalisé dans une couche superficielle 100.1, par exemple d'oxyde ou de nitrure, sus-jacente à une base 100.2 par exemple par dépôt et gravure. Il est possible alors de déposer le matériau des nanoéléments 101 localement sur cette surface en relief au lieu de la recouvrir en totalité. La partie recouverte englobe bien sûr les emplacements prédéterminés 30. Le dépôt peut se faire par pulvérisation ou évaporation sous incidence oblique comme illustré sur la figure 7A1. Dans ce cas, le dépôt s'effectue préférentiellement sur certaines zones en fonction de l'incidence, le dépôt s'effectuant également dans une moindre mesure sur les zones voisines. En variante, pour localiser davantage le dépôt, celui-ci peut se faire à travers un masque 140, le dépôt s'effectuant sous incidence oblique ou normale comme illustré sur la figure 7A2. Sur la figure 7A1 et la figure 7A2, seule une arête d'une saillie 110, une partie du sommet 21 d'un côté de l'arête et une partie du flanc 20 de l'autre côté de l'arête sont recouvertes. On reprend ensuite le procédé comme décrit aux figures 6, avec l'étape de gravure directive anisotrope par faisceau d'ions chimiquement inertes du matériau des nanoéléments. La gravure se fait sous incidence sensiblement normale au plan principal du substrat 100. A l'issue de l'étape de gravure anisotrope, il ne reste plus que du matériau des nanoéléments sur les emplacements prédéterminés 30, c'est-à-dire sur la partie des flancs 20 des saillies 110 la plus proche du sommet 21 (figure 7B). L'étape de fractionnement des nanoéléments est ensuite réalisée comme décrit précédemment suivie de la croissance des nanoobjets 60. Cette croissance se fait latéralement depuis les nanoéléments 40 : ainsi les nanoobjets 60 sont suspendus au dessus du fond 22 des creux 120 qui jouxtent les flancs 20 des saillies 110 concernées (voir figure 7C). Dans certains cas, ils peuvent venir naturellement contacter mécaniquement la surface d'une saillie en regard. Cette méthode permet de former des nanoobjets 60 sous forme de pont ou même de membrane suspendue.

On va maintenant s'intéresser à encore un autre exemple de procédé selon l'invention permettant de faire croître des nanoobjets sensiblement parallèlement au plan principal du substrat. Maintenant les reliefs à la surface du substrat comportent des saillies 110 dont la section est sensiblement en forme de T avec un pilier 110.1 coiffé d'une casquette 110.2 qui déborde de part et d'autre du pilier 110.1. On se réfère à la figure 8A. Les piliers 110.1 et les casquettes 110.2 possèdent des flancs 20.1, 20.2. Les piliers 110.1 se projettent depuis une base 100.2. La base 100.2 peut être réalisée en matériau semi-conducteur tel que le silicium ou le germanium ou l'arséniure de gallium, en matériau cristallin tel que par exemple le saphir, ou en matériau non-cristallin tel que le verre.

Les piliers 110.1 peuvent être réalisés en oxyde de silicium et les casquettes 110.2 en nitrure de silicium par exemple. Ces reliefs sont obtenus par une étape de gravure sèche à travers une couche de résine préalablement insolée et développée pour obtenir des ouvertures aux endroits souhaités. La couche de résine est ensuite enlevée. L'épaisseur des casquettes 110.2 peut être comprise, par exemple, entre environ 100 et 200 nanomètres tandis que la hauteur des piliers 110.1 peut être comprise, par exemple, entre environ 300 et 500 nanomètres. Le retrait des piliers 110.1 par rapport au flanc des casquettes 110.2 peut être, par exemple, d'environ 50 nanomètres. L'espacement entre deux piliers 110.1 voisins peut valoir environ 300 nanomètres. Les emplacements prédéterminés 30 sont maintenant les flancs 20.2 des casquettes 110.2.

On revêt ensuite, à la figure 8B, la surface en relief d'une couche du matériau des nanoéléments 101. Le dépôt qui est isotrope en incidence sensiblement normale peut être un dépôt par évaporation ou pulvérisation. Le matériau des nanoéléments 101 se dépose sur les casquettes 110.2 et localement sur la base 100.2 face à l'espacement entre deux casquettes 100.2 voisines. L'étape suivante est une étape de gravure du matériau des nanoéléments 101 pour délimiter les nanoéléments 40 aux emplacements prédéterminés 30. Cette étape de gravure est une étape de gravure directive anisotrope par faisceau 102 d'ions chimiquement inertes. Dans l'exemple décrit la gravure se fait sous incidence sensiblement normale au plan principal du substrat 100. Les nanoéléments 40 sont localisés sur les flancs 20.2 des casquettes 110.2 (voir figure 8C). L'étape de fractionnement des nanoéléments est ensuite réalisée comme décrit précédemment mais n'est pas représentée. Des nanoobjets 60 pourront alors croître à partir des nanoéléments 40 mis en gouttes (voir figure 8D). Les nanoobjets peuvent être des nanofils ou des nanotubes qui sont dirigés sensiblement selon le plan principal du substrat, ce qui correspond dans cet exemple au plan des casquettes 110.2. En se référant aux figures 9A à 9D, on va décrire un autre exemple de réalisation de nanoéléments. Ces nanoéléments, s'ils sont en matériau catalyseur métallique peuvent conduire à la réalisation de nanoobjets prenant la forme de nanotubes ou de nanofils dirigés sensiblement perpendiculaire au plan principal du substrat 100. Le substrat 100 comporte une base 100.2 revêtue sur l'une de ses faces d'une couche superficielle 100.1 dotée d'une ou plusieurs ouvertures 80 qui définissent un relief en creux 110 et en saillies 120. Les ouvertures correspondent aux creux. Les emplacements prédéterminés 30 correspondent dans cet exemple au fond 22 des ouvertures 80. Le substrat de base 100.2 peut être en matériau semi-conducteur tel que le silicium et la couche superficielle 100.1 en oxyde, par exemple en oxyde de silicium. Les ouvertures 80 sont gravées par gravure humide ou gravure sèche dans la couche superficielle 100.1 après une étape de photolithographie. Les ouvertures 80 ont de préférence un rapport de forme sensiblement égal ou supérieur à un, c'est-à-dire une profondeur sensiblement égale ou supérieure à leur largeur ou diamètre. Par exemple, leur profondeur et leur diamètre peuvent valoir environ 70 nanomètres. On revêt ensuite, à la figure 9B, la surface en relief du substrat 100 d'une couche du matériau des nanoéléments 101. Le dépôt qui est isotrope en incidence sensiblement normale peut être un dépôt par évaporation ou pulvérisation. Le matériau des nanoéléments 101 recouvre aussi bien les flancs 20 des ouvertures 80, la surface supérieure de la couche superficielle 100.1 et le fond 22 des ouvertures 80.

L'étape suivante est une étape de gravure du matériau des nanoéléments 101 pour délimiter les nanoéléments 40 aux emplacements prédéterminés 30. Cette étape de gravure est une étape de gravure directive anisotrope par faisceau d'ions chimiquement inertes 102. Dans l'exemple décrit, la gravure se fait sous incidence oblique par rapport au plan principal du substrat et l'angle d'incidence est choisi en fonction de la profondeur et de la larguer des ouvertures 80. Le substrat est entraîné en rotation. Les nanoéléments 40 sont localisés au fond des ouvertures 80 (voir figure 9C). La surface supérieure des nanoéléments 40 est déterminée par effet d'ombrage dû au relief du substrat 100 présenté à la figure 9A. Dans cet exemple, elle est sensiblement conique. L'angle d'incidence est choisi pour obtenir des nanoéléments désirés 40. Le matériau des nanoéléments 101 est donc ôté partout à l'exception du fond 22 des ouvertures 80. L'étape de fractionnement des nanoéléments 20 40 est ensuite réalisée comme décrit précédemment mais n'est pas représentée. Des nanoobjets 60 pourront alors croître à partir des nanoéléments 40 mis en gouttes (voir figure 9D). Dans l'exemple décrit, on suppose qu'un nanofil 25 est mis en croissance à partir de chacun des nanoéléments 40 et les nanofils 60 sont dirigés sensiblement selon perpendiculairement au plan principal du substrat 100. Bien que plusieurs modes de réalisation de 30 la présente invention aient été représentés et décrits de façon détaillée, on comprendra que différents changements et modifications puissent être apportés sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de réalisation d'un ou plusieurs nanoéléments (40) à des emplacements prédéterminés (30) de la surface d'un substrat (100) comportant les étapes suivantes . - structuration de la surface du substrat (100) en saillie (110) et en creux (120) de manière à définir les emplacements prédéterminés (30) devant accueillir les nanoéléments (40), -dépôt d'une couche de matériau des nanoéléments (101) sur la surface structurée du substrat (100), - gravure anisotrope de la couche de matériau des nanoéléments (101) par faisceau (102) d'ions chimiquement inertes pour délimiter le contour des nanoéléments (40) au niveau des emplacements prédéterminés (30).

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le substrat (100) possède un plan principal (xoy), le faisceau (102) d'ions chimiquement inertes ayant une incidence sensiblement normale ou inclinée par rapport au plan principal du substrat (100).

3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le dépôt de la couche de matériau des nanoéléments (101) est un dépôt isotrope. 30

4. procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dépôt de la couche de 25matériau des nanoéléments (101) est un dépôt localisé englobant les emplacements prédéterminés (30) sur la surface structurée ou un dépôt qui occupe toute la surface structurée.

5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le substrat (100) possède un plan principal (xoy), le dépôt de la couche de matériau des nanoéléments (101) se faisant sous incidence inclinée par rapport au plan principal du substrat (100).

6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel un emplacement prédéterminé (30) se trouve sur un flanc (20) d'une saillie (110).

7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la surface structurée comporte des saillies (110) à structure sensiblement en T formées chacune d'un pilier (110.1) et d'une casquette 20 (110.2) surmontant le pilier.

8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel une casquette (110.2) possède au moins un flanc (20.2) qui forme un emplacement prédéterminé (30).

9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel un emplacement prédéterminé (30) se trouve sur un fond (22) de creux (120). 25

10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les nanoéléments (40) sont des nanoéléments de catalyseur métallique.

11. Procédé de réalisation d'un ou plusieurs nanoobjets (60) à partir de nanoéléments (40) de catalyseur métallique, caractérisé en ce que les nanoéléments (40) sont obtenus par le procédé des revendications 1 à 10.

12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel les nanoéléments (40) sont mis en gouttes thermiquement et les nanoobjets (60) sont en mis en croissance à partir des nanoéléments (40) en présence d'un gaz approprié.

13. Procédé selon l'une des revendications 11 ou 12, dans lequel les nanoobjets (60) sont dirigés sensiblement selon le plan principal (xoy) du substrat (100) ou sensiblement perpendiculairement audit plan.

14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel les nanoobjets (60) sont suspendus au-dessus de creux (120) de la surface structurée.25