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Laboratoire de Physique de la Matière Condensée

MICROSTRUCTURATION ELECTROCHIMIQUE de SURFACE

Personnes impliquées :

O. De Abril, Philippe Allongue, A. Gündel, Fouad Maroun, Jacques Peretti (groupe EPS)

Collaborations extérieures :

Rolf Schuster (TU-Darmstadt)

Deux voies sont explorées pour localiser une réaction électrochimique (dissolution, oxydation ou encore de dépôt métallique) sur une surface de manière à la structurer avec une résolution sub-µm :

Microstructuration électrochimique :

Ce travail prolonge la collaboration avec R. Schuster sur le « micro-usinage électrochimique » des métaux et du silicium. La méthode repose sur l’application d’impulsions de potentiel ultra courtes (~20 ns) entre la surface et une microélectrode. Nous avons étendu le concept à un AFM électrochimique (figure a). Contrairement à la nanooxidation l’ensemble pointe – échantillon est immergé dans une cellule électrochimique et polarisé par rapport à une électrode de référence pour contrôler précisément les réactions aux interfaces. L’image AFM in situ (fig. a) montre des lignes fabriquées par dissolution localisée d’un film de cuivre. La pointe est déplacée pendant que l’on applique les impulsions de tension. La largeur des lignes dépend de la vitesse de balayage. La plus étroite a une largeur inférieure à 100 nm. Une étude systématique de l’influence des paramètres de contrôle (hauteur et durée des impulsions, temps total de travail, concentration de la solution etc.) sert de base de données pour la modélisation des variations spatio-temporelles de la charge de la double couche électrochimique et du courant.


Fig. (a) : Schéma de principe de la lithographie électrochimique entre une pointe AFM et une surface immergées sous contrôle potentiostatique. (b) Exemple de lignes creusées dans du cuivre par application d’impulsions (3.3 V, 20 ns). La vitesse de balayage de la pointe est indiquée en nm/s.

Microstructuration photo-électrochimique de semi-conducteurs :

Le principe de la méthode (figure b) repose sur la réalisation d’une réaction photo-induite à la surface d’un semi-conducteur sous la pointe du SNOM du groupe « Electrons Photons Surfaces » : la surface du semi-conducteur est éclairée par une pointe de fibre optique maintenue à une distance constante au-dessus de la surface par contrôle de la force de cisaillement. Le SNON-AFM permet d’imager des marches atomiques sur surfaces H-Si(111). En régime d’appauvrissement les paires électrons – trous générées par la lumière provoquent une réaction photo-électrochimique au voisinage immédiat de la pointe. Sur un substrat de type n on réalise des microcavités (par dissolution localisée). Avec un substrat de type p on peut déposer des plots métalliques.
Figure (b) : principe de la micro-structuration d’une surface de semi-conducteur avec un SNOM-AFM et image d’une surface H-Si(111) avec la résolution des marches atomiques

Publications significatives :