Recherche Avancée

Thèse soutenue

Intégration, et caractérisation physique de nanostructures pour les technologies de l'information et de la communication : application au filtrage électromécanique dans la gamme des radiofréquences (0,8-2,4 GHz)

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Auteur / Autrice : Vincent Agache
Direction : Dominique Collard
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Électronique
Date : Soutenance en 2003
Etablissement(s) : Lille 1

Résumé

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Ce travail est axé sur l'intégration et la caractérisation physique de nanostructures pour les technologies de l'information et de la communication, avec un volet applicatif principal concernant le filtrage électromécanique. La première partie est consacrée à la réalisation par micro-usinage de surface de résonateurs électromécaniques à transduction capacitive pour le traitement de signal dans la bande RF (0,8-2,4 GHz). Deux types de dispositifs sont proposés. Le premier emploie l'apex d'une nanopointe de silicium comme résonateur mécanique, tandis que la base de celle-ci est enterrée dans une couche épaisse de diélectrique. La définition des électrodes de couplage requiert une étape d'alignement en écriture électronique à l'issue du procédé de fabrication. Cette étape a mis en lumière la nécessité de préserver les motifs d'alignement électronique des différentes séquences relatives à la réalisation du dispositif. Pour remédier à ce verrou technologique, un second dispositif a été conçu, intégrant une lame en tant que résonateur. Un enchaînement original d'étapes technologiques assure l'autoalignement des électrodes de transduction et l'obtention d'un entrefer latéral nanométrique (<50 nm). La caractérisation en transmission directe de ce dispositif a démontré une fréquence d' antirésonance centrée sur 1,12 GHz avec un facteur de qualité maximal de 4300, mais n'a pu permettre l'observation de la résonance série attribuée à la branche motionelle du résonateur. L'explication avancée est le masquage du courant motionel par le courant généré par la capacité de couplage direct. Le second chapitre porte sur la modélisation du mécanisme d'oxydation thermique permettant l'effilage des pointes de silicium. L'approche qui est adoptée consiste à assimiler la forme d'une pointe en une superposition de tranches circulaires pour lesquelles la cinétique d'oxydation est connue. Le modèle intègre les effets des contraintes mécaniques sur la cinétique d'oxydation, ainsi qu'un modèle de fluide purement visqueux pour décrire le comportemént rhéologique de la silice. Ainsi, l'épaisseur d'oxyde décroît à mesure que l'on se rapproche du sommet de la pointe car le rayon de l'interface Si / SiO2 diminue, ce qui permet d'effiler la structure. Les paramètres phénoménologiques du modèle ont été calibrés pour une ambiance d'oxydation sèche, à 1000 et 1100ʿC. Le troisième volet de la thèse couvre deux facettes de la stiction (contraction de collage et friction ~atique) dans les microsystèmes. Dans un premier temps, il s'agit de s'affranchir de la stiction dans le cadre du dispositif de filtrage électromécanique à base de pointe vibrante étudié dans le premier chapitre. Des caractérisations physiques des pointes sont menées à l'aide d'un microscope à force atomique en mode contact afin d'évaluer l'influence des forces d'adhésion sur la fiabilité des dispositifs. Une force d'adhésion maximale de 470 nN a été établie pour des mesures réalisées à pression et température ambiante. La seconde étude s'appuie sur l'utilisation "positive" de la stiction pour permettre la fixation et le verrouillage d'une structure auto-assemblée dans une position donnée hors du plan du substrat. Enfin, la dernière partie du manuscrit expose les perspectives et différents travaux en cours. La première étude concerne la réalisation d'un résonateur mécanique à transduction magnétostatique à base de nanotube de carbone suspendu. La seconde voie de recherche propose un résonateur électromécanique à détection tunnel. Enfin, la dernière étude en cours concerne la réalisation d'un nanopréhenseur à surface adaptative intégrant une nanopointe de silicium pour le dessaisissement de micro-objets.