WO2005015596A2 - Procede de croissance localisee de nanofils ou nanotubes - Google Patents

Procede de croissance localisee de nanofils ou nanotubes Download PDF

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WO2005015596A2
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localized growth
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Pierre Legagneux
Pascal Vincent
Jean-Philippe Schnell
Luc Piraux
Laurent Vila
Etienne Ferain
Roger Legras
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Thales
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    • H01J2201/30469—Carbon nanotubes (CNTs)

Definitions

  • the field of the invention is that of nanotubes or nanowires for field emission, in particular used for the manufacture of flat screens.
  • new growth techniques have been developed for the production of nanotubes or nanowires with a high geometric aspect ratio (length / radius ratio).
  • Such systems are particularly advantageous for field emission; they are characterized by significant amplification factors of the field and therefore make it possible to obtain an emission current for relatively low electric fields. In the case of a vertical transmitter on a flat surface, this factor is approximately given by the ratio of the length to the radius.
  • carbon nanotubes / nanofibers produced by electric arc type techniques, laser ablation or catalytic decomposition of hydrocarbons from catalytic particles (CVD or Chemical Vapor Deposition method, PECVD or Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition); • the various nanowires, for example metallic nanowires or nanotubes produced by electrodeposition in membranes.
  • electrodeposition makes it possible to obtain deposits of metals (Co, Cu, Ni, etc.), organic conductors, oxides, magnetic compounds and to produce alloys, alternating layers,
  • FIG. 1 A particular embodiment of the growth of these nanowires is presented in FIG. 1.
  • the starting sample is for example a silicon substrate S covered with a layer C of Titanium / Gold.
  • a thin Co layer (polycarbonate, polyimide, PET, PVDF, ...) is deposited on the surface of the substrate S by spin coating (Step 1). The thickness of the layer determines the maximum height of the nanowires produced.
  • the surface is bombarded with high energy ions (for example 200 MeV argon ions), which creates Ti traces in the Co layer (Step 2).
  • the implantation dose determines the density of traces created (10 4 to 10 10 cm "2 ).
  • Step 3 Various treatments are carried out (thermal annealing, exposure to UV and visible radiation, etc.) prior to a chemical attack (for example NaOH) to create the Npi nanopores in the polymer film (Step 3). This step makes it possible to properly control the diameter of the nanopores and therefore of the nanowires produced. - We then proceed to electroplating inside the pores (Step 4) , the growth being initiated at the bottom thereof - The polymer can be removed by chemical or ionic attack (Step 5).
  • a chemical attack for example NaOH
  • Nfi nanowires are then obtained which are vertically aligned but distributed randomly over the entire surface. Their density is less than or equal to that of nanopores.
  • the density of the nanopores is less than or equal to the implantation dose expressed in number of ions per cm 2 (for example 10 6 ions / cm 2 gives approximately 10 6 pores / cm 2 which gives approximately 10 6 nanowires / cm 2 ). If the yield is 100% the density of nanowires is equal to the implantation dose.
  • These nanowires also have the same geometry. Patteming by localized UV lithography has been proposed for localization of the nanopore formation zones. However, growth takes place at the level of each nanopore. From an electrical point of view, all nanowires are at the same potential which is the potential of the substrate.
  • the present invention proposes to define elementary conductive surfaces also called conductive tracks beforehand. Nanowires or nanotubes can only grow in nanopores opening onto conductive tracks. This control of the growth of nanowires or nanopores is particularly important for applications such as field emission and in particular: - for the production of flat screens, these tracks can be used as sub-basic element for the production of pixels . - for the production of a source drawn from electrons for hyper microtriodes (microwave amplifier tubes of triode type). - for these two applications (flat screens, microwave amplifier), it is possible to alternate tracks with nanowires and tracks without nanowires, on the same substrate. By applying an adequate potential difference between these two types of tracks, the emission of electrons can be controlled.
  • the subject of the present invention is a method of predetermined growth of nanowires or nanotubes characterized in that it comprises the following steps: - the production of elementary conductive surfaces on the surface of an insulating layer on a conductive substrate or to the surface of an insulating substrate; - The production of at least one layer of nanoporous structure on the surface of the insulating layer or the insulating substrate; - The growth of nanowires or nanotubes inside at least part of the nanopores of the porous layer, opposite at least part of the elementary conductive surfaces.
  • the production of the layer of nanoporous structure on the surface of the insulating layer or of the insulating substrate comprises: - the deposition of a precursor layer of a layer of porous structure having nanopores; - ion bombardment of the precursor layer so as to obtain the layer of porous structure.
  • the production of the layer of nanoporous structure on the surface of the insulating layer or of the insulating substrate comprises: the deposition or bonding of a layer of nanoporous structure on the surface of the insulating layer or of the insulating substrate.
  • the localized growth process of nanowires or nanotubes can comprise the production of several layers of nanoporous structure composed of materials of different nature, it can for example be materials resistant differently to a given chemical attack in order to obtain different nanopore diameters.
  • the substrate can be an insulator of the glass, alumina, silica type.
  • the substrate can be of conductive, metallic or semiconductor type, covered with an insulating layer of silica, alumina type.
  • the substrate can be a flexible insulating substrate of type polymer film.
  • the conductive tracks are produced by microelectronic methods (deposition, lithography, etching, etc.).
  • the conductive surfaces can be of the line, interdigitated comb, microstrip, microstrip tracks type and in general all the planar transmission lines used in microwave integrated circuits, as well as the variants of transmission lines derived from the lines to microstrip, known to those skilled in the art.
  • the conductive surfaces can have widths between approximately a few tens of nanometers and a few hundred microns and thicknesses between approximately a few nanometers and a few microns.
  • the precursor layer may be of the polycarbonate, polyimide, PET, PVDF, etc. type.
  • the precursor layer may have a thickness of between a few tens of nanometers and a hundred microns.
  • the method of localized growth of nanowires comprises a step of ion bombardment on the surface of the precursor layer which can be carried out by a beam of ions of rare gases such as l argon so as to create traces of nanopore implantation. It can also include a step of thermal annealing of the bombarded precursor layer or a step of exposure to ultraviolet radiation in order to better control the diameter of the nanopores later.
  • the step of selective exposure to ultraviolet radiation for example by the use of a mask allows localization of the growth of the nanowires along the same elementary conductive surface.
  • the method also includes a chemical etching step which makes it possible to define the pores in the precursor layer, layer in which nanowires or nanotubes can be grown preferably by electrodepositio ⁇ .
  • a chemical etching step which makes it possible to define the pores in the precursor layer, layer in which nanowires or nanotubes can be grown preferably by electrodepositio ⁇ .
  • it is possible to selectively grow nanowires or nanotubes at the level of certain conductive tracks, by addressing said tracks to suitable potentials. Depending on the potentials applied to each track, it also becomes possible to grow nanowires or nanotubes or not.
  • their length can be determined by adjusting the growth time. It will be noted that the maximum length of the nanowires or nanotubes is equal to the thickness of the nanoporous layer.
  • the method of the invention can comprise a specific chemical attack step making it possible to modify the shape of the nanopores so as to produce, for example, conical nanopores to improve the mechanical and electrical contact of the nanowires with the substrate. It can also include a specific chemical attack step of different precursor layers making it possible to obtain pores of variable radii along the nanopore making it possible, for example, to obtain nanopores with a small radius at the end of interest for the emission of field.
  • the method according to the invention comprises a step of growing nanowires inside the nanopores by electrodeposition on the metal surfaces.
  • the method can comprise the electrodeposition of alloys or of alternating layers, at least some of which have optical properties making it possible, for example, to obtain the stimulated emission of photons (the passage can be used for this. an electric current).
  • the method can comprise the electrodeposition of alloys or alternating layers with magnetic properties making it possible, for example, to obtain a spin-polarized electronic source.
  • the method can also advantageously comprise electrodeposition at the upper end of the nanowires, of materials with low output work making it possible for example to obtain an electronic emission at low voltage or also of magnetic materials allowing for example obtaining a spin-polarized electronic source, or else materials with optical properties making it possible for example to obtain the stimulated emission (for example by the passage of an electric current) of photons.
  • the process of the invention it is also possible from nanowires or nanotubes obtained serving as catalyst pads to cause other nanowires or nanotubes to grow there.
  • FIG. 2 illustrates the different stages of a first example of a nanowire growth method according to the invention.
  • FIG. 3 illustrates the different stages of a second example of a nanowire growth method according to the invention.
  • FIG. 4 illustrates the different stages of a third example of a nanowire growth method according to the invention.
  • the invention consists in using elementary conductive surfaces, located on an insulating substrate or on an insulating layer to grow conductive nanowires therein.
  • FIG. 2 illustrates a first variant of the invention: From a glass or alumina or silica type substrate or even a conductive substrate (silicon substrate, etc.), covered with an insulating layer of a few nanometers to several micrometers thick (SiO2, alumina, ...
  • FIG. 2 relates to a conductive substrate So covered with an insulating layer S, the tracks S EI are shown both in section and in top view.
  • the whole of the layer S and of the tracks S B is covered with the precursor layer Ci.
  • a high energy ion bombardment step is illustrated in step 3.
  • the purpose of this bombardment is to initialize the formation of nanopores by creating implantation traces represented by vertical lines.
  • the layer Ci thus becomes a layer C-j '.
  • a thermal annealing operation illustrated in step 4, followed by a chemical attack, makes it possible to create nanopores of controlled size
  • FIG. 3 illustrates a second variant of the invention comprising an additional step of exposure to ultraviolet radiation.
  • a localized UV exposure stage makes it possible to localize growth in certain parts of the elementary surfaces.
  • Steps 1 to 4 are identical to those described in FIG. 2.
  • a local UV exposure is carried out to select in advance the zones Z E g of the elementary conductive surfaces S E ⁇ .
  • the chemical attack will only create nanopores opening onto the conductive surfaces at the level of the surfaces exposed to UV radiation (shown in gray Suv) (step 5).
  • the white circles represent the nanopores exposed and connected to a conductive surface, the black circles represent the nanopores not exposed or not connected to a conductive surface (no electroplating).
  • Layer C2 includes regions with nanopores and other regions without nanopores.
  • FIG. 4 illustrates a third variant of the invention.
  • nanowires can be obtained which have a relatively small diameter at their upper end (from a few nanometers to a few tens of nanometers) and a relatively large diameter (from a few tens of nanometers to a few hundred nanometers) in their lower part.
  • the starting substrate is a substrate S covered with an insulating layer So on which conductive tracks Sa are produced (Step 1).
  • Step 2 two different precursor layers Cn and C- ⁇ 2 are deposited. These two layers have different resistance to chemical attack. The thickness of each layer can vary between a few hundred nanometers and a few tens of microns.
  • Step 3 we conventionally proceed with ion bombardment.
  • the layer of precursor which has the lowest resistance to attack will form a nanopore with a larger radius than the other layer. It follows that the nanopore will have a variable radius along its length. Advantageously, a nanopore having a smaller radius at its free end will be produced.
  • the electrodeposition Step 5
  • nanowires are obtained having a small radius of curvature at the end, which is particularly advantageous for example for applications in field emission.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de croissance localisée de nanofils ou nanotubes caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: la réalisation de surfaces élémentaires conductrices à la surface d'une couche isolante sur un substrat conducteur ou à la surface d' un substrat isolant; la réalisation d'au moins une couche de structure nanoporeuse à la surface de la couche isolante ou du substrat isolante; la croissance de nanofils à l'intérieur d'une partie au moins des nanopores de la couche poreuse, en regard d'au moins une partie des surfaces élémentaires conductrices. Avantageusement la réalisation de la couche de structure nanoporeuse à la surface de la couche isolante ou du substrat isolant peut comprendre: le dépôt d'une couche précurseur d'une couche de structure poreuse présentant des nanopores; le bombardement ionique de la couche précurseur de manière à obtenir la couche de structure poreuse. Application: Structure à émission de champ, pour écrans plats.

Description

PROCEDE DE CROISSANCE LOCALISEE DE NANOFILS OU NANOTUBES
Le domaine de l'invention est celui des nanotubes ou des nanofils pour émission de champ notamment utilisés pour la fabrication d'écrans plats. Ces dernières années se sont développées de nouvelles techniques de croissance pour la production de nanotubes ou nanofils présentant un rapport d'aspect géométrique (rapport longueur/rayon) élevé. De tels systèmes sont particulièrement intéressants pour l'émission de champ ; ils sont caractérisés par des facteurs d'amplification du champ importants et permettent donc d'obtenir un courant d'émission pour des champs électriques relativement bas. Dans le cas d'un émetteur vertical sur une surface plane, ce facteur est approximativement donné par le rapport de la longueur sur le rayon. Parmi ces nouveaux émetteurs potentiels on note en particulier : • les nanotubes/nanofibres de carbone produits par des techniques de type arc électrique, ablation laser ou décomposition catalytique d'hydrocarbures à partir de particules catalytiques (méthode CVD ou Chemical Vapor Déposition, PECVD ou Plasma Enhanced Chemical Vapor Déposition) ; • les différents nanofils, par exemple les nanofils ou nanotubes métalliques produits par électrodéposition dans des membranes.
De manière générale l'électrodéposition permet d'obtenir des dépôts de métaux (Co, Cu, Ni, ...), de conducteurs organiques, d'oxydes, de composés magnétiques et de réaliser des alliages, des couches alternées,
Une réalisation particulière de la croissance de ces nanofils est présentée sur la figure 1. - L'échantillon de départ est par exemple un substrat de silicium S recouvert d'une couche C de Titane/Or. - On dépose une couche mince Co (polycarbonate, polyimide, PET, PVDF, ...) sur la surface du substrat S par spin coating (Etape 1). L'épaisseur de la couche détermine la hauteur maximale des nanofils produits. - On bombarde la surface par des ions de fortes énergies (par exemple des ions argon de 200 MeV), ce qui crée des traces Ti dans la couche Co (Etape 2). La dose d'implantation détermine la densité de traces créées (104 à 1010 cm"2). - Différents traitements sont réalisés (recuit thermique, exposition au rayonnement UV et visible,...) préalablement à une attaque chimique (par exemple NaOH) pour créer les nanopores Npi dans le film polymère (Etape 3). Cette étape permet de bien contrôler le diamètre des nanopores et donc des nanofils produits. - On procède alors à l'électrodéposition à l'intérieur des pores (Etape 4), la croissance étant initiée au bas de ceux-ci. - Le polymère peut être éliminé par attaque chimique ou ionique (Etape 5).
On obtient alors des nanofils Nfi alignés verticalement mais distribués de manière aléatoire sur toute la surface. Leur densité est inférieure ou égale à celle des nanopores. La densité des nanopores est inférieure ou égale à la dose d'implantation exprimée en nombre d'ions par cm2 (par exemple 106 ions/cm2 donne environ 106 pores/cm2 ce qui donne environ 106 nanofils/cm2). Si le rendement est de 100% la densité de nanofils est égale à la dose d'implantation. Ces nanofils ont en outre la même géométrie. Un patteming par lithographie UV localisée a été proposé pour une localisation des zones de formation des nanopores. Cependant la croissance s'effectue au niveau de chaque nanopore. D'un point de vue électrique, tous les nanofils sont au même potentiel qui est le potentiel du substrat. Pour contrôler la croissance de nanofils/nanotubes au niveau de chaque nanopore ou groupe de nanopores la présente invention propose de définir préalablement des surfaces conductrices élémentaires encore appelées pistes conductrices. La croissance des nanofils ou nanotubes ne pourra s'effectuer que dans les nanopores débouchant sur des pistes conductrices. Ce contrôle de la croissance des nanofils ou nanopores est particulièrement important pour des applications telles que l'émission de champ et en particulier : - pour la réalisation d'écrans plats, ces pistes pouvant être utilisées comme sous élément de base pour la réalisation de pixels. - pour la réalisation de source puisées d'électrons pour microtriodes hyper (micro-tubes amplificateurs hyperfréquence de type triode). - pour ces deux applications (écrans plats, amplificateur hyperfréquence), on peut faire alterner des pistes avec nanofils et des pistes sans nanofils, sur le même substrat. En appliquant une différence de potentiel adéquate entre ces deux types de pistes on peut contrôler l'émission d'électrons.
Plus précisément la présente invention a pour objet un procédé de croissance prédéterminée de nanofils ou nanotubes caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - la réalisation de surfaces élémentaires conductrices à la surface d'une couche isolante sur un substrat conducteur ou à la surface d' un substrat isolant ; - la réalisation d'au moins une couche de structure nanoporeuse à la surface de la couche isolante ou du substrat isolant ; - la croissance de nanofils ou nanotubes à l'intérieur d'une partie au moins des nanopores de la couche poreuse, en regard d'au moins une partie des surfaces élémentaires conductrices.
Selon une variante de l'invention, la réalisation de la couche de structure nanoporeuse à la surface de la couche isolante ou du substrat isolant comprend : - le dépôt d'une couche précurseur d'une couche de structure poreuse présentant des nanopores ; - le bombardement ionique de la couche précurseur de manière à obtenir la couche de structure poreuse. Selon une autre variante de l'invention, la réalisation de la couche de structure nanoporeuse à la surface de la couche isolante ou du substrat isolant comprend : le dépôt ou le collage d'une couche de structure nanoporeuse à la surface de la couche isolante ou du substrat isolant. Selon une variante de l'invention, le procédé de croissance localisée de nanofils ou nanotubes peut comprendre la réalisation de plusieurs couches de structure nanoporeuse composées de matériaux de nature différente, il peut par exemple s'agir de matériaux résistant différemment à une attaque chimique donnée en vue d'obtenir des diamètres de nanopores différents. Selon une variante de l'invention, le substrat peut être un isolant de type verre, alumine, silice. Selon une autre variante de l'invention, le substrat peut être de type conducteur, métallique ou semiconducteur, recouvert d'une couche isolante de type silice, alumine Selon une autre variante de l'invention, le substrat peut être un substrat souple isolant de type film polymère. Avantageusement les pistes conductrices sont réalisées par des procédés de la microélectronique (dépôt, lithographie, gravure,...). Selon différentes variantes les surfaces conductrices peuvent être de type lignes, peignes interdigités, pistes microstrip, microruban et d'une manière générale toutes les lignes de transmission planaires utilisées dans les circuits intégrés microonde, ainsi que les variantes de lignes de transmission dérivées des lignes à microstrip, connues de l'homme de l'art. Typiquement les surfaces conductrices peuvent avoir des largeurs comprises entre environ quelques dizaines de nanomètres et quelques centaines de microns et des épaisseurs comprises entre environ quelques nanomètres et quelques microns. Selon une variante de l'invention la couche précurseur peut être est de type polycarbonate, polyimide, PET, PVDF, .... La couche précurseur peut présenter une épaisseur comprise entre quelques dizaines de nanomètres et une centaine de microns. Dans le cas de l'utilisation d'une couche précurseur, avantageusement, le procédé de croissance localisée de nanofils comprend une étape de bombardement ionique à la surface de la couche précurseur pouvant être effectué par un faisceau d'ions de gaz rares tels que l'argon de manière à créer des traces d'implantation de nanopores. Il peut également comprendre une étape de recuit thermique de la couche précurseur bombardée ou une étape d'exposition au rayonnement ultraviolet afin de mieux contrôler ultérieurement le diamètre des nanopores. Avantageusement, l'étape d'exposition sélective au rayonnement ultraviolet, par exemple par l'utilisation d'un masque permet une localisation de la croissance des nanofils le long d'une même surface élémentaire conductrice. Avantageusement le procédé comprend également une étape d'attaque chimique qui permet de définir les pores dans la couche de précurseur, couche dans laquelle on peut faire croître des nanofils ou nanotubes de préférence par électrodépositioπ. Selon l'invention, il est possible de faire croître sélectivement des nanofils ou nanotubes au niveau de certaines pistes conductrices, en adressant lesdites pistes à des potentiels adéquats. Suivant les potentiels appliqués à chaque piste, il devient également possible de faire croître ou non des nanofils ou nanotubes. De plus leur longueur peut être déterminée en ajustant la durée de croissance. On notera que la longueur maximum des nanofils ou nanotubes est égale à l'épaisseur de la couche nanoporeuse. Avantageusement le procédé de l'invention peut comprendre une étape d'attaque chimique spécifique permettant de modifier la forme des nanopores de manière à réaliser par exemple des nanopores coniques pour améliorer le contact mécanique et électrique des nanofils avec le substrat. Il peut également comprendre une étape d'attaque chimique spécifique de différentes couches précurseurs permettant d'obtenir des pores de rayons variables le long du nanopore permettant par exemple d'obtenir des nanopores avec un rayon faible à l'extrémité intéressant pour l'émission de champ. Avantageusement le procédé selon l'invention comprend une étape de croissance de nanofils à l'intérieur des nanopores par électrodéposition sur les surfaces métalliques. Selon une variante de l'invention le procédé peut comprendre l'électrodéposition d'alliages ou de couches alternées dont au moins certaines à propriétés optiques permettant par exemple d'obtenir l'émission stimulée de photons (on peut utiliser pour ce faire, le passage d'un courant électrique). Selon une variante de l'invention, le procédé peut comprendre l'électrodéposition d'alliages ou de couches alternées à propriétés magnétiques permettant par exemple d'obtenir une source électronique polarisée en spin. Selon des variantes de l'invention, le procédé peut également avantageusement comprendre l'électrodéposition à l'extrémité supérieure des nanofils, de matériaux à faible travail de sortie permettant par exemple d'obtenir une émission électronique à faible tension ou encore de matériaux magnétiques permettant par exemple d'obtenir une source électronique polarisée en spin, ou bien encore de matériaux à propriétés optiques permettant par exemple d'obtenir l'émission stimulée (par exemple par le passage d'un courant électrique) de photons. Selon le procédé de l'invention il est également possible à partir des nanofils ou nanotubes obtenus servant de plots catalyseurs d'y faire croître d'autres nanofils ou nanotubes. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et à l'aide des figures parmi lesquelles : • La figure 1 illustre les différentes étapes d'un procédé de croissance de nanofils selon l'art connu. • La figure 2 illustre les différentes étapes d'un premier exemple de procédé de croissance de nanofils selon l'invention. • La figure 3 illustre les différentes étapes d'un second exemple de procédé de croissance de nanofils selon l'invention. • La figure 4 illustre les différentes étapes d'un troisième exemple de procédé de croissance de nanofils selon l'invention. De manière générale, l'invention consiste à utiliser des surfaces élémentaires conductrices, localisées sur un substrat isolant ou sur une couche isolante pour y faire croître des nanofils conducteurs. La figure 2 illustre une première variante de l'invention : A partir d'un substrat de type verre ou alumine ou silice ou bien encore conducteur (substrat de silicium, ...), recouvert d'une couche isolante de quelques nanomètres à plusieurs micromètres d'épaisseur (SiO2, alumine,...), on fabrique des surfaces élémentaires conductrices encore appelées pistes destinées à la croissance des nanofils (Etape 1). Les surfaces conductrices sont définies par des procédés classiques de microélectronique (dépôt, lithographie, gravure,...). Elles peuvent être de géométries variées selon les applications ciblées (des lignes, des peignes interdigités, des pistes pour lignes à microstrips, des formes circulaires, ou toute autre forme). La figure 2 est relative à un substrat So conducteur recouvert d'une couche isolante S, les pistes SEI sont représentées à la fois en coupe et en vue de dessus. Dans une seconde étape 2, l'ensemble de la couche S et des pistes SB est recouvert de la couche précurseur Ci . Une étape de bombardement ionique de forte énergie est illustrée en étape 3 . Ce bombardement a pour fonction d'initialiser la formation des nanopores en créant des traces d'implantation représentées par des traits verticaux. La couche Ci devient ainsi une couche C-j'. Une opération de recuit thermique illustrée en étape 4 , suivie d'une attaque chimique permet de créer des nanopores de taille contrôlée
Npj et d'obtenir une couche nanoporeuse C2. A partir de la couche nanoporeuse C2 on procède à la croissance des nanofils par éiectrodéposition. En connectant les surfaces SE- à des potentiels choisis on peut ainsi déposer sélectivement des nanofils Nfk comme représenté en étape 5. Selon cette variante, l'invention permet d'implémenter des nanofils ou nanotubes de manière sélective et localisée. Elle permet en outre de procéder à des croissances de nanofils ou nanotubes de matériau différent sur chaque piste ou groupe de pistes. Pour ce faire, il suffit de changer de bain électrolytique lorsque l'on souhaite changer de matériau. Selon cette variante on procède enfin au retrait de la couche C2 ne laissant que les nanofils Nfk supportés par les surfaces conductrices élémentaires (étape 6). La figure 3 illustre une seconde variante de l'invention comprenant une étape supplémentaire d'exposition au rayonnement ultraviolet. Cette
étape d'exposition localisée aux UV permet de localiser la croissance au niveau de certaines parties des surfaces élémentaires. Les étapes 1 à 4 sont identiques à celles décrites en figure 2. Selon cette variante, après recuit thermique et attaque chimique on procède à une exposition UV locale pour sélectionner préalablement les zones ZEg des surfaces élémentaires conductrices SEι. L'attaque chimique ne créera des nanopores débouchant sur les surfaces conductrices qu'au niveau des surfaces exposées au rayonnement UV (représentées en grisées Suv) (étape 5). Les ronds blancs schématisent les nanopores exposés et connectés à une surface conductrice, les ronds noirs schématisent les nanopores non exposés ou non connectés à une surface conductrice (pas d'électrodéposition). La couche C2 comprend des régions avec des nanopores et d'autres régions sans nanopores. On procède alors de manière classique à l'électrodéposition des nanofils en adressant les surfaces conductrices déterminées préalablement (étape 6). Dans une dernière étape 7, on retire la couche C2 , par exemple par dissolution. L'invention permet de plus d'implémenter des nanofils de manière sélective et même de réaliser des nanofils présentant un empilement de plusieurs matériaux, en procédant à des électrodépositions successives avec des matériaux différents. La figure 4 illustre une troisième variante de l'invention. Selon cette variante on peut obtenir des nanofils possédant un relativement faible diamètre à leur extrémité supérieure (de quelques nanomètres à quelques dizaines de nanomètres) et un relativement fort diamètre (de quelques dizaines de nanomètres à quelques centaines de nanomètres) dans leur partie basse. Un faible diamètre dans leur extrémité supérieure permet d'obtenir des nanofils ou nanotubes présentant une émission électronique pour un faible champ électrique appliqué. Un relativement fort diamètre dans la partie basse du nanofil ou nanotube permet d'améliorer la surface de contact avec la piste conductrice et donc le contact électrique et mécanique. Le substrat de départ est un substrat recouvert S d'une couche isolante So sur laquelle on réalise des pistes conductrices Sa (Etape 1). Dans un premier temps (Etape 2) on dépose deux couches de précurseur différentes Cn et C-ι2. Ces deux couches possèdent une résistance à l'attaque chimique différente. L'épaisseur de chaque couche peut varier entre quelques centaines de nanomètres et quelques dizaines de microns. Ensuite (Etape 3), on procède classiquement au bombardement ionique. Lors de l'attaque chimique (Etape 4) la couche de précurseur qui présente la résistance à l'attaque la plus faible formera un nanopore de rayon plus important que l'autre couche. Il s'ensuit que le nanopore aura un rayon variable sur sa longueur. Avantageusement on réalisera un nanopore présentant un rayon plus faible à son extrémité libre. On peut procéder alors à l'électrodéposition (Etape 5) en utilisant les pistes conductrices comme présenté ci dessus. Après élimination de l'ensemble des couches (Etape 6), on obtient des nanofils possédant un faible rayon de courbure à l'extrémité, ce qui est particulièrement intéressant par exemple pour les applications en émission de champ.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de croissance localisée de nanofils ou nanotubes caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - la réalisation de surfaces élémentaires conductrices (S__) à la surface d'une couche isolante (So) sur un substrat conducteur (s) ou à la surface d' un substrat isolant ; - la réalisation d'au moins une couche de structure nanoporeuse (C2) à la surface de la couche isolante ou du substrat isolant ; - la croissance de nanofils ou nanotubes (Nfj) à l'intérieur d'une partie au moins des nanopores (Npi) de la couche poreuse, en regard d'au moins une partie des surfaces élémentaires conductrices (ZEIJ).
2 . Procédé de croissance localisée de nanofils ou nanotubes selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la réalisation de la couche de structure nanoporeuse à la surface de la couche isolante ou du substrat isolant comprend : - le dépôt d'une couche (C1 ) précurseur d'une couche de structure poreuse (C2) présentant des nanopores ; - le bombardement ionique de la couche précurseur de manière à obtenir la couche de structure poreuse.
3. Procédé de croissance localisée de nanofils ou nanotubes selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la réalisation de la couche de structure nanoporeuse à la surface de la couche isolante ou du substrat isolant comprend : le dépôt d'une couche de structure nanoporeuse à la surface de la couche isolante ou du substrat isolant.
4. Procédé de croissance localisée de nanofils ou nanotubes selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend la réalisation de plusieurs couches (C-n , Cι2) de structure nanoporeuse composées de matériaux de nature différente.
5. Procédé de croissance localisée de nanofiis ou nanotubes selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les surfaces conductrices sont réalisées par des procédés de la microélectronique de type lithographie, dépôt, gravure, ...
6. Procédé de croissance localisée de nanofils ou nanotubes selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les surfaces conductrices sont de type lignes, peignes interdigités, pistes microstrip.
7. Procédé de croissance localisée de nanofils ou nanotubes selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les surfaces conductrices ont des largeurs comprises entre environ quelques dizaines de nanomètres et une centaine de microns.
8. Procédé de croissance localisée de nanofils ou nanotubes selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les surfaces conductrices ont des épaisseurs comprises entre environ quelques nanomètres et quelques microns.
9. Procédé de croissance localisée de nanofils ou nanotubes selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le substrat est un isolant de type verre, alumine, silice.
10. Procédé de croissance localisée de nanofils ou nanotubes selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le substrat est de type métallique ou semiconducteur, recouvert d'une couche isolante de type silice ou alumine.
11. Procédé de croissance localisée de nanofils ou nanotubes selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le substrat est un substrat souple isolant de type film polymère.
12. Procédé de croissance localisée de nanofils ou nanotubes selon l'une des revendications 2 à 11 , caractérisé en ce que la couche précurseur est une couche mince de type polycarbonate, polyimide, PET, PVDF
13. Procédé de croissance localisée de nanofils ou nanotubes selon l'une des revendications 2 à 12, caractérisé en ce que la couche précurseur (C1 ) présente une épaisseur comprise entre quelques dizaines de nanomètres et une centaine de microns.
14. Procédé de croissance localisée de nanofils ou nanotubes selon l'une des revendications 2 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de bombardement ionique pouvant être effectué par un faisceau d'ions de gaz rares tels que l'Argon de manière à créer les traces d'implantation de nanopores au sein de la couche précurseur.
15. Procédé de croissance localisée de nanofils ou nanotubes selon l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de recuit thermique de la couche précurseur bombardée (Ci).
16. Procédé de croissance localisée de nanofils ou de nanotubes selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'exposition au rayonnement ultraviolet.
17. Procédé de croissance localisée de nanofils ou de nanotubes selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'exposition sélective au rayonnement ultraviolet, par exemple par l'utilisation d'un masque, permettant une localisation de la croissance des nanofils le long d'une même surface élémentaire conductrice.
18. Procédé de croissance localisée de nanofils ou de nanotubes selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'attaque chimique postérieure à l'étape de bombardement ionique de manière à réaliser les nanopores.
19. Procédé de croissance localisée de nanofils ou de nanotubes selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'attaque chimique spécifique permettant de modifier la forme des nanopores de manière à réaliser par exemple des nanopores coniques pour améliorer le contact mécanique et électrique des nanofils avec le substrat.
20. Procédé de croissance localisée de nanofils ou de nanotubes selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'attaque chimique spécifique de différentes couches précurseurs permettant d'obtenir des pores de rayons variables le long du nanopore permettant par exemple d'obtenir des nanopores avec un rayon faible à l'extrémité intéressant pour l'émission de champ.
21. Procédé de croissance localisée de nanofils ou de nanotubes selon l'une des revendications 1 à 20, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de croissance de nanofils à l'intérieur des nanopores par électrode position sur les surfaces métalliques.
22. Procédé de croissance localisée de nanofils ou de nanotubes selon la revendication 21 , caractérisé en ce que l'étape d'électrodéposition est contrôlée par la connexion sélective à un potentiel donné et durant un temps donné, des surfaces conductrices élémentaires de manière à contrôler la croissance des nanofils sur des pistes prédéterminées et la longueur des nanofils.
23. Procédé de croissance localisée de nanofils ou de nanotubes selon l'une des revendications 21 ou 22, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs étapes d'électrodéposition de matériaux différents, de manière à obtenir des nanofils hétérogènes.
24. Procédé de croissance localisée de nanofils ou de nanotubes selon l'une des revendications 21 ou 22, caractérisé en ce qu'il comprend l'électrodéposition d'alliages ou de couches alternées dont au moins certaines à propriétés optiques permettant par exemple d'obtenir l'émission stimulée (par exemple par le passage d'un courant électrique) de photons.
25. Procédé de croissance localisée de nanofils ou de nanotubes selon l'une des revendications 21 ou 22, caractérisé en ce qu'il comprend l'électrodéposition d'alliages ou de couches alternés à propriétés magnétiques permettant par exemple d'obtenir d'obtenir une source électronique polarisée en spin.
26. Procédé de croissance localisée de nanofils ou de nanotubes selon l'une des revendications 21 ou 22, caractérisé en ce qu'il comprend l'électrodéposition à l'extrémité supérieure des nanofils ou de nanotubes de matériaux à faible travail de sortie permettant par exemple d'obtenir une émission électronique à faible tension.
27. Procédé de croissance localisée de nanofils ou nanotubes selon l'une des revendications 21 ou 22, caractérisé en ce qu'il comprend l'électrodéposition à l'extrémité supérieure des nanofils de matériaux magnétiques permettant par exemple d'obtenir une source électronique polarisée en spin.
28. Procédé de croissance localisée de nanofils ou de nanotubes selon l'une des revendications 21 ou 22, caractérisé en ce qu'il comprend l'électrodéposition à l'extrémité supérieure des nanofils de matériaux à propriétés optiques permettant par exemple d'obtenir l'émission stimulée (par exemple par le passage d'un courant électrique) de photons.
29. Procédé de croissance localisée de nanofils ou de nanotubes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend le retrait de la couche de structure nanoporeuse .
30. Procédé de croissance localisée de nanofils ou de nanotubes selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les nanofils ou nanotubes constituent des plots de matériaux catalytiques et qu'il comprend la croissance localisée ultérieure d'autres nanofils ou nanotubes sur les plots de catalyseur.
31. Procédé de croissance localisée de nanofils ou de nanotubes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs étapes d'électrodéposition, sur des surfaces élémentaires conductrices différentes selon les étapes d'électrodéposition.
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