Nano-fabrication de réseaux membranaires en Si3N4 pour des applications aux ondes de matière

Nano-fabrication of a Si3N4 membrane grating for material waves applications

• Auteur / Autrice : Hanane Bricha Tazi
• Direction : Francisco Perales, Nathalie Fabre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des lasers
• Date : Soutenance le 16/12/2019
• Etablissement(s) : Paris 13
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des lasers (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sophie Bouchoule, Ali Soltani, Sébastien Chénais, Valia Voliotis
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sophie Bouchoule, Ali Soltani

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lithographie par faisceau d'électrons

Réseaux de diffraction

Force de Casimir-Polder

Mots clés libres

Interactions Casimir-Polder

Nano-Fabrication des réseaux membranaires

Gravure chimique par le KOH

Lithographie électronique

Casimir Polder interactions

Nano-Fabrication of membranes grating

Chemical etching by KOH

Electronic lithography

Résumé

L’étude des interactions de Casimir-Polder (C-P) entre un jet lent d’atomes d’argon métastables en vol libre et la surface d’un nanoréseau de fentes a été réalisée dans ce travail. Nous avons utilisé un nanoréseau fabriqué par lithographie interférométrique au MIT dont malheureusement toutes les caractéristiques géométriques ne nous ont pas été fournies. L’image de diffraction produite lorsque les atomes traversent ce nanoréseau contient à la fois un effet géométrique et un effet C-P. L’estimation de l’incertitude sur le coefficient d’interaction théorique par rapport à l’expérience nécessite une connaissance précise de la taille du réseau. Dans le cadre de cette thèse, nous proposons un procédé de fabrication par lithographie électronique d’un réseau membranaire en Si3N4, à l’échelle nanométrique sur une surface étendue. Cette technique présente une plus grande versatilité sur la forme et les dimensions de fentes sur des petites surfaces. Desdéfis majeursont été relevéspour réaliser cesstructures : la correction des effets de proximité, le développement d’un programme pour le traitement des images et l’optimisation des étapes de gravure sèche. Ceci nous a permis de réaliser des réseaux en Si3N4 de 200 nm de pas, sur une surface de 400 x 400 µm2 avec une uniformité de 10 nm sur les fentes (105 - 115 nm) et une faible corrugation de l’ordre du nanomètre. Grâce à l’anisotropie de la gravure employée, nous avons obtenu des structures rectangulaires sur une profondeur de 100 nm.

The study of Casimir-Polder (CP) interactions between a slow jet of metastable free-flying argon atoms and the surface of a transmission nanometric grating was achieved in this work. We used a nanometric grating made by interferometric lithography at MIT whose geometrical cha 5 racteristics were unfortunately not provided. The diffraction image produced when the atoms pass through this grating contains both geometrical and C-P effect. The uncertainty assessment of the theoretical interaction coefficient compared to the experiment results requires a precise knowledge of the grating size. In this thesis, we propose a fabrication process based on elec tronic lithography of a Si3N4 membrane grating, at the nanometric scale on an extended area. This technique presents a greater versatility on the shape and dimensions of the slits on small areas. Several challenges have been overcome during these works : the correction of proximity effects, the development of a program for images processing and finally the optimization of the dry etching steps. This allowed us to create Si3N4 grating with a pitch of 200 nm, on 400 x 400 µm 2 area with a uniformity of 10 nm on the slits (105 - 115 nm) and a low corrugation of a nanometer range. Due to the anisotropy of the etching used, we obtained rectangular structures with a depth of 100 nm.