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Nanolithographie électrochimique

par Allongue Philippe, Anne-Marie - publié le , mis à jour le

Participants : P. Allongue et F. Maroun

Post-docs : O. De Abril (2009) et A. Gündel (2005)

La nanolithographie électrochimique est une technique de gravure en une seule étape et sans masquage d’un substrat conducteur. Elle est issue du « micro-usinage électrochimique » des métaux et du silicium, en collaboration avec R. Schuster (KIT, Karlsruhe). La méthode repose sur l’utilisation d’un AFM électrochimique avec une pointe métallisée et l’application d’impulsions de potentiel ultra courtes (\sim20 ns) entre la surface et la pointe.

L’image AFM in situ de la Fig. 1a montre neuf cavités générées par dissolution localisée dans un film de cuivre. Le diamètre des cavités augmente avec la durée totale, soit le nombre d’impulsions de potentiel. Nous avons réalisé une étude systématique de l’influence des paramètres de contrôle (hauteur et durée des impulsions, temps total des impulsions, concentration de la solution etc.). La modélisation du procédé repose sur un schéma électrique équivalent très simple (Fig. 1b) qui rend compte des résultats de manière quantitative (Fig. 1c). La Figure 1d explique que la localisation de la réaction provient des variations spatio-temporelles de la charge de la capacité de double couche électrochimique. La technique a été utilisée pour réaliser des pistes de Co et étudier la propagation de domaines magnétiques (collaboration LPS, Orsay).

Fig. 1 : (a) Vue AFM in situ montrant des cavités réalisées sous la pointe AFM par application d’impulsions de 20 ns espacées de 2 µs pendant une durée totale indiquée en secondes dans l’image ; (b) Schéma électrique utilisé pour la modélisation des lignes de courant ; (c) Comparaison expérience – modélisation ; (d) Variations temporelles du potentiel pour différents points de la surface distants de 0.1 – 1 µm du point de contact pointe – surface.

Publications :
- O. de Abril, A. Gundel, F. Maroun, P. Allongue, and R. Schuster, "Single-step electrochemical nanolithography of metal thin films by localized etching with an AFM tip," Nanotechnology 19 (32) (2008)
- P. Allongue, P. Jiang, V. Kirchner, A. L. Trimmer et R. Schuster, "Electrochemical Micromachining of p-Type Silicon", J. Phys. Chem. B, 108 (2004) 14434-14439
- R. Schuster, V. Kirchner, P. Allongue and G. Ertl, "Electrochemical Micromachining, Science, 289 (2000) 98-101