Élaboration d’un nano capteur chimique : Étape de fabrication d’électrodes à gap...
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Élaboration d’un nano capteur chimique : Étape de fabrication d’électrodes à gap nanométrique. Par Yoann REBISCHUNG Master Mécatronique et Énergie Tuteur de stage : Patrick TRAU Maitre de stage : Yves-André CHAPUIS Année 2010/2011. Sommaire. Contexte L’InESS Le projet TRANSFILSEN - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Élaboration d’un nano capteur chimique :
Étape de fabrication d’électrodes à gap nanométrique
Par Yoann REBISCHUNG
Master Mécatronique et Énergie
Tuteur de stage : Patrick TRAUMaitre de stage : Yves-André CHAPUIS
Année 2010/2011
1. ContexteL’InESSLe projet TRANSFILSEN
2. Fabrication de la membrane
3. Conception
4. Conclusion et perspective
Année 2010/2011 2
Sommaire
• L’InESS :– Laboratoire du CNRS
– Environ 80 membres
– Domaines d’applications :• Photovoltaïques• Micro et nanoélectronique• Conception de C.I. et capteurs• Caractérisation des matériaux • …
1.Contexte
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• Le projet TRANSFILSEN :– Élaboration d’un capteur chimique à base de
nano fils moléculaires pour des applications ultra-sensible de gaz dangereux ou rares
– Accepté et financé par l’ANR en 2009– En partenariat avec plusieurs laboratoires
1.Contexte
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• Assemblage de l’InESS/IJL :– Fabrication de transistors à nano fils organiques– Validation expérimentale
1.Contexte
Année 2010/2011 5
• Environnement de l’InESS
1.Contexte
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Moi(Y. Rebischung)
Stagiaires(Y. Robin)Thésards
(P. Lienerth, Y. Jouane)
Équipe technique(N. Zimmermann,
S. Roques,F. Dietrich,
G. Ferblantier)
Responsable(Y-A Chapuis) Bibliographie
(Thèse,Articles
scientifiques, etc…)
• Tâche de l’InESS/IJL– Réalisation d’une membrane de Si3N4 pour
optimisation de la résolution spatiale en lithographie électronique
1.Contexte
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Problème EBLApproche membrane
Fischbein et al,Applied Physics Letters, 2006
Électrodes à nano gap
ÉlectrodeÉlectrode
Nano gap~10 nm
Transistor organique
2.Fabrication de la membrane
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• Dépôt couche de protectionSiSi(d)
Black Wax
•Lithographie•Gravure RIE
Si
SF6
(c)
Photo résine
1 2 3
•Nettoyage Si(a)
Si
SiNx
SiNx
(b)•Dépôt PECVD•Recuit
• Gravure rapide
SiNx
Si SiKOH(f)
SiNx
Si SiKOH
(e)
Black Wax
• Gravure lente
Phase de dépôt par PECVD
Lithographie, RIE et wax
Phase de gravure
• Flot de fabrication
• Nettoyage RCA en salle blanche :
– Suppression des résidus organiques– Suppression de la couche d’oxyde– Suppression des résidus métalliques
Phase de dépôt
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2.Fabrication de la membrane
Si(a)
• Dépôt par PECVD :1. Faire le vide 2. Mélange des gaz précurseurs3. Création du plasma ionisé à l’aide de la source micro-onde4. Différence de potentiel5. Bombardement
=> Création d’un film mince
Phase de dépôt
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2.Fabrication de la membrane
• Dépôt par PECVD :
– Procédé classique de l’InESS :• 5 ppm SiH4, 30 ppm N2
– 2 couches :• 200 nm pour la face membrane• 400 nm pour la face gravure
Phase de dépôt
Année 2010/2011 11
2.Fabrication de la membrane
Si
SiNx
SiNx
(b)
• Recuit :
– Élimination des particules indésirables– Uniformisation des couches– Densification
Phase de dépôt
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2.Fabrication de la membrane
Si
SiNx
SiNx
(b)
• Lithographie optique :1. Dépôt de résine photosensible2. Recuit de solidification3. Exposition UV4. Bain révélateur
Lithographie, RIE et Wax
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2.Fabrication de la membrane
Si
Photo résine
(c1)
• Gravure RIE :1. Entrée d’un gaz réactif2. Mise en route du générateur3. Création du plasma et bombardement d’ions
=>
Lithographie, RIE et Wax
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2.Fabrication de la membrane
Si
SF6Photo résine
(c2)
• Couche de protection :
– Cire noire – Plaque chauffante à 80/90°C
=>
Lithographie, RIE et Wax
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2.Fabrication de la membrane
SiSi(d)
Black Wax
• Phase rapide :
– 161 gr de KOH et 300 ml d’eau => 35% KOH
Phase de gravure
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2.Fabrication de la membrane
=> Temps de gravure : 9h
- Vitesse de gravure : 40µm/h à 70°C
SiNx
Si SiKOH
(e)
Black Wax
• Phase lente :– 200 gr de KOH et 300 ml d’eau => 40% KOH– Vitesse de gravure 25µm/h à 60°C
Phase de gravure
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2.Fabrication de la membrane
SiNx
Si SiKOH(f)
=> Temps de gravure 40 min
• La membrane
Résultat
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2.Fabrication de la membrane
•Épaisseur de Silicium : 380 µm
•Temps de gravure : ~ 10 h
•Angle de gravure : 60 °
•Épaisseur membrane Si3N4 : 150 – 200 nm
•Taille d’ouverture : 2 mm
Caractéristiques :
•Validation du flot de fabrication
•Bon résultat de définition de la
membrane de nitrure de silicium
Conclusion :
Profil de gravure :
60 °(Théorie :54.74°)
3.Conception
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IJLLithographie électronique
InESSMembrane
Réalisation d’un masque de lithographie pour les prototypes de membrane du projet
3.Conception
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• Design :– Masque de lithographie sous LayoutEditor
• Conclusion :– Bonne expérience de stage en laboratoire– Respect du cahier des charges/planning– Validation de la faisabilité de la membrane à
l’InESS
4.Conclusion et perspective
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• Perspective : – Métallisation sur membrane à l’InESS– Fabrication du masque LAAS : spécifications– Utilisation des masques– Réalisation d’électrodes à nano gap par EBL à
Nancy
4.Conclusion et perspective
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Merci de votre attention !
Fin
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