Axe 6 : nanofabrication
Responsable : Gilles Lérondel
Membres :
Gilles Lérondel (PU), Sergei Kostcheev (IE), Stefan Mc Murtry (IR), Régis Deturche (IE), Jérôme Plain (MdC HDR)
Utilisateurs :
C. Deeb, M. Lopes (thèse soutenue en novembre 2008)), M. Juan (thèse soutenue en novembre 2008), I. E. Ahrach (thèse soutenue en juillet 2008), J. Grand (thèse soutenue en Déc. 2004), L. Billot (thèse soutenue en Déc. 2005), G. Barbillon (thèse soutenue Déc. 2006), J. S. Bouillard (thèse soutenue Fév. 2007)
Collaboration(s) :
LPMCN (Lyon) - ENSAM (Chalons) - ANL Chicago (USA) - IEMN (Lille) – CEA/LETI (Grenoble) et partenaires ACI NANOPTIP (ACI Nanosciences 2004) et AC NANO2M3 (ACI Nanosciences 2003)
Ce projet débuté en Février 2001 avait pour objectif principal la réalisation de structures « test » pour la microscopie optique en champ proche. Deux principaux types de structures ont été envisagés métalliques dans un premier temps et/ou diélectriques dans un second. Il s’agit d’utiliser ces structures pour la mise en évidence d’effets physiques telS que l’effet de pointe optique, l’observation d’exaltations de champ en microscopie Raman (SERS), l’étude de résonance plasmon et enfin le confinement optique par modulation d’indice. Ces effets nécessitent un contrôle précis de la taille, de la géométrie et de la répartition des structures. Ces différents effets physiques sont actuellement en cours d’étude au sein du laboratoire (cf. les différents Axes). Cette activité sert également d’appui à des projets spécifiques tels que le projet régional NANODEF visant à réaliser des grilles de pas micro ou nanométrique pour la mesure de champ de déplacement, l’ACI NANOPTIP visant à développer de nouvelles pointes pour le SNOM et enfin l’AC NANO2M3 pour le développement de platines de déplacement avec précision nanométrique pour la lithographie sur grande surface.
Méthodes
La plupart des structures sont réalisées par lithographie électronique et procédé “lift-off”. Pour des échantillons périodiques mesoscopiques, l’holographie est utilisée. Sur le plan expérimental, ce projet s’appuie sur un microscope électronique à balayage équipé d’un système de contrôle de la déflection du faisceau, un évaporateur à faisceau d’électrons et un banc holographique (442nm). Les procédés “wet” (dépôt de résine et nettoyage d’échantillon) sont réalisés en salle blanche (classe 1000).
Résultats et perspectives
Initiée par la lithographie sur Si puis sur verre, l’activité s’est récemment étendue à la lithographie sur substrat non plan et la fonctionnalisation de surface en vue de l’appliquer aux structures lithographiées.
Des exemples de structures obtenues dernièrement sont montrés ci-dessous ; plots métalliques à géométrie complexe déposés sur verre par lithographie électronique et technique lift-off, excroissance de carbone en extrémité de micropointe polymère (croissance réalisée sous faisceau d’électrons utilisant la contamination naturelle de la chambre), « pointes » diélectriques réalisées par holographie et gravure chimique (HF tamponné) et enfin nanocristaux (evidots) déposés sur substrat fonctionnalisé.
Les perspectives du projet portent d’une part sur la fonctionnalisation des nanostructures par traitements chimiques (des premiers résultats ont été obtenus sur des plots d’or avec des fonctions thiol) et d’autre part sur la généralisation des procédés à la gravure de couche mince et à différents matériaux. L’objectif serait de réaliser des structures équivalentes en taille mais transparentes (diélectriques) et/ou émettrices de lumière (semiconducteurs, isolants dopés). Des premiers résultats ont été obtenus sur du PMMA dopé de nanocristaux semiconducteurs. D’autres idées concernent les nanostructures métalliques sur monocouches d’épaisseurs contrôlées (déplacement des fréquences plasmons), sur couche guidante (étude du champ diffracté par réflexion totale) et enfin la fabrication de structures luminescentes (îlots de ZnO en particulier).
a) Exemples de plots d’or à géométrie complexe, b) réseau de « pointes » de verre réalisé par holographie et attaque chimique, c) excroissance de C sur micropointe polymère et d) dépôts de nanocristaux sur surfaces fonctionnalisées (comparaison fonction thiol et amine)
Communications
- Hubert, C. et al. Near-Field Photochemical Imaging of Noble Metal Nanostructures Nano Lett. 5(4), 615 2005
- Bouhelier A. et al. Electromagnetic interactions in plasmonic nanoparticle arrays J. Phys. Chem. 109, 3195 2005
- J. Grand « Plasmons de surface de nanoparticules : spectroscopie d'extinction en champs proche et lointain, diffusion Raman exaltée » thèse soutenue le 16 Décembre 2004
- L. Billot « Etude de nanoparticules métalliques par Diffusion Raman Exaltée de Surface et champ proche optique » thèse soutenue le 21 Novembre 2005