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

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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 Presentation

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Page 1: Élaboration d’un nano capteur chimique :  Étape de fabrication d’électrodes à gap nanométrique

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

Page 2: Élaboration d’un nano capteur chimique :  Étape de fabrication d’électrodes à gap nanométrique

1. ContexteL’InESSLe projet TRANSFILSEN

2. Fabrication de la membrane

3. Conception

4. Conclusion et perspective

Année 2010/2011 2

Sommaire

Page 3: Élaboration d’un nano capteur chimique :  Étape de fabrication d’électrodes à gap nanométrique

• 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

Année 2010/2011 3

Page 4: Élaboration d’un nano capteur chimique :  Étape de fabrication d’électrodes à gap nanométrique

• 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

Année 2010/2011 4

Page 5: Élaboration d’un nano capteur chimique :  Étape de fabrication d’électrodes à gap nanométrique

• Assemblage de l’InESS/IJL :– Fabrication de transistors à nano fils organiques– Validation expérimentale

1.Contexte

Année 2010/2011 5

Page 6: Élaboration d’un nano capteur chimique :  Étape de fabrication d’électrodes à gap nanométrique

• Environnement de l’InESS

1.Contexte

Année 2010/2011 6

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…)

Page 7: Élaboration d’un nano capteur chimique :  Étape de fabrication d’électrodes à gap nanométrique

• Tâche de l’InESS/IJL– Réalisation d’une membrane de Si3N4 pour

optimisation de la résolution spatiale en lithographie électronique

1.Contexte

Année 2010/2011 7

Problème EBLApproche membrane

Fischbein et al,Applied Physics Letters, 2006

Électrodes à nano gap

ÉlectrodeÉlectrode

Nano gap~10 nm

Transistor organique

Page 8: Élaboration d’un nano capteur chimique :  Étape de fabrication d’électrodes à gap nanométrique

2.Fabrication de la membrane

Année 2010/2011 8

• 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

Page 9: Élaboration d’un nano capteur chimique :  Étape de fabrication d’électrodes à gap nanométrique

• Nettoyage RCA en salle blanche :

– Suppression des résidus organiques– Suppression de la couche d’oxyde– Suppression des résidus métalliques

Phase de dépôt

Année 2010/2011 9

2.Fabrication de la membrane

Si(a)

Page 10: Élaboration d’un nano capteur chimique :  Étape de fabrication d’électrodes à gap nanométrique

• 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

Année 2010/2011 10

2.Fabrication de la membrane

Page 11: Élaboration d’un nano capteur chimique :  Étape de fabrication d’électrodes à gap nanométrique

• 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)

Page 12: Élaboration d’un nano capteur chimique :  Étape de fabrication d’électrodes à gap nanométrique

• Recuit :

– Élimination des particules indésirables– Uniformisation des couches– Densification

Phase de dépôt

Année 2010/2011 12

2.Fabrication de la membrane

Si

SiNx

SiNx

(b)

Page 13: Élaboration d’un nano capteur chimique :  Étape de fabrication d’électrodes à gap nanométrique

• Lithographie optique :1. Dépôt de résine photosensible2. Recuit de solidification3. Exposition UV4. Bain révélateur

Lithographie, RIE et Wax

Année 2010/2011 13

2.Fabrication de la membrane

Si

Photo résine

(c1)

Page 14: Élaboration d’un nano capteur chimique :  Étape de fabrication d’électrodes à gap nanométrique

• Gravure RIE :1. Entrée d’un gaz réactif2. Mise en route du générateur3. Création du plasma et bombardement d’ions

=>

Lithographie, RIE et Wax

Année 2010/2011 14

2.Fabrication de la membrane

Si

SF6Photo résine

(c2)

Page 15: Élaboration d’un nano capteur chimique :  Étape de fabrication d’électrodes à gap nanométrique

• Couche de protection :

– Cire noire – Plaque chauffante à 80/90°C

=>

Lithographie, RIE et Wax

Année 2010/2011 15

2.Fabrication de la membrane

SiSi(d)

Black Wax

Page 16: Élaboration d’un nano capteur chimique :  Étape de fabrication d’électrodes à gap nanométrique

• Phase rapide :

– 161 gr de KOH et 300 ml d’eau => 35% KOH

Phase de gravure

Année 2010/2011 16

2.Fabrication de la membrane

=> Temps de gravure : 9h

- Vitesse de gravure : 40µm/h à 70°C

SiNx

Si SiKOH

(e)

Black Wax

Page 17: Élaboration d’un nano capteur chimique :  Étape de fabrication d’électrodes à gap nanométrique

• Phase lente :– 200 gr de KOH et 300 ml d’eau => 40% KOH– Vitesse de gravure 25µm/h à 60°C

Phase de gravure

Année 2010/2011 17

2.Fabrication de la membrane

SiNx

Si SiKOH(f)

=> Temps de gravure 40 min

Page 18: Élaboration d’un nano capteur chimique :  Étape de fabrication d’électrodes à gap nanométrique

• La membrane

Résultat

Année 2010/2011 18

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°)

Page 19: Élaboration d’un nano capteur chimique :  Étape de fabrication d’électrodes à gap nanométrique

3.Conception

Année 2010/2011 19

IJLLithographie électronique

InESSMembrane

Réalisation d’un masque de lithographie pour les prototypes de membrane du projet

Page 20: Élaboration d’un nano capteur chimique :  Étape de fabrication d’électrodes à gap nanométrique

3.Conception

Année 2010/2011 20

• Design :– Masque de lithographie sous LayoutEditor

Page 21: Élaboration d’un nano capteur chimique :  Étape de fabrication d’électrodes à gap nanométrique

• 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

Année 2010/2011 21

Page 22: Élaboration d’un nano capteur chimique :  Étape de fabrication d’électrodes à gap nanométrique

• 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

Année 2010/2011 22

Page 23: Élaboration d’un nano capteur chimique :  Étape de fabrication d’électrodes à gap nanométrique

Merci de votre attention !

Fin

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