Préparation de couches minces macroporeuses de quartz épitaxiées sur silicium par dépôt de solutions chimiques

Vidéo du protocole de réalisation de couches minces de quartz épitaxiées sur silicium ouvrant la voie à une amélioration significative de la sensibilité des dispositifs MEMS sur silicium.
Un film vidéo du protocole détaillé pour la préparation des couches minces piézoélectriques macroporeuses de quartz épitaxiées sur silicium (100) a été réalisé. Il s’agit d’un procédé en trois étapes qui commence avec la préparation d’un sol précurseur, suivie par le dépôt d’un gel de silice (SiO2) en forme de couche mince par la méthode EISA (Evaporation Induced Self Assembly) et se termine par un traitement thermique du matériau pour induire la cristallisation et la croissance du film de quartz. La formation d’un gel de silice est basée sur la réaction d’un orthosilicate de tétraéthyle (TEOS) et de l’eau, catalysée par HCl dans l’éthanol. De plus, la solution contient deux composants supplémentaires qui sont essentiels pour la préparation des couches de quartz epitaxiées sur Si. Des ions alcalino-terreux, comme le Sr2+, qui agissent comme agents de fusion du verre qui facilitent la cristallisation de la silice amorphe, et en combinaison avec du bromure de cétyltriméthylammonium (CTAB) conduisent à une séparation de phase responsable de la macroporosité des films. La bonne relation entre les paramètres des maille du quartz et du silicium est également essentielle pour la stabilisation du quartz.

 

Cette méthodologie bottom-up permet de concevoir des films, avec une épaisseur comprise entre 150 et 750 nm, qui sont beaucoup plus minces que ceux obtenus par les technologies top-down basées sur la taille et polissage de gros cristaux de quartz fabriqués par synthèse hydrothermale. Ainsi, cette nouvelle méthodologie d’intégration de films minces de quartz ouvre des voies prometteuses pour de nombreuses applications dans le domaine des dispositifs électromécaniques, en raison des fréquences de résonance plus élevées attendues pour ces matériaux. Le contrôle de la porosité et de la texture de couches minces de quartz offre aussi la possibilité de réaliser des dispositifs plus efficaces. En effet, de tels films minces de quartz poreux pourront augmenter la surface spécifique et par conséquent améliorer les propriétés de détection du dispositif associé.

 

Légende: a) Image MET à faible résolution et b) Image MET-HAADF à haute résolution selon l’axe de zone cristallographique [001], d’un film de quartz macroporeux sur Si.


Référence: J. Vis. Exp. (106), e53543, doi:10.3791/53543 (2015).

Collaboration: ICMAB (Barcelone, Espagne)

La vidéo de cet article peut être regardée sur http://www.jove.com/video/53543/

Contact: Adrian Carretero-Genevrier

INL CNRS
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