Nanotecnología

SCMN 2009-2010

Introduction à l’Auto-Assemblage et à la Croissance Organisée de Nanostructures Minérales en surface

N. Battaglini
contact : nicolas.battaglini@univ-paris-diderot.fr bât. Lavoisier bureau 580 ; tél. : 0157278858

¤ Nanotechnologie ¤ Croissance de nano-objets par auto-assemblage ¤ Auto-organisation et croissance dirigée (1D, 2D, 3D) de nanostructures

Plan de l'exposé1. Nanotechnologie : introduction et définitions 2. Dépôt de nanoparticules colloïdales

SCMN 2009-2010

- de l'auto-assemblage de nanoparticules en phase homogène (en solution) à la suspension colloïdale - cristal colloïdal 2D/3D sur un support - croissance dirigée de l'assemblage de nanoparticules - exemples d'applications (mémoires magnétiques, optique non linéaire)

3. Nanostructures 3Dpar la voie de la croissance cristalline
- mécanismes de germination et croissance en phase hétérogène (sur support) - densité et distribution de taille des nanostructures - auto-organisation verticale des îlots semiconducteurs : application au laser solide

4. surfaces auto-organisées
- reconstructions de surface et surfaces vicinales - systèmes biphasés - croissance dirigée sur surfacenanostructurée
2

SCMN 2009-2010

Nanotechnologie Construction de systèmes à l’échelle nanométrique
-1-

Apparition de nouvelles propriétés dues aux effets quantiques (confinement des charges) résultant de la diminution des tailles Intérêt croissant des nanotechnologies dans de nombreux domaines : - micro-électronique (densité de stockage d’information, ordinateur quantique) - catalyse(chimie, environnement) - micro-biologie (marquage de protéines, capteur, puce à ADN) - optique (laser solide, guide d'onde) - imprimerie (pigments et encre anti-contrefaçon) - cryptage
etc
3

Propriétés électroniques
"bulk" puits quantique fil quantique

SCMN 2009-2010

boîte quantique

densité d'états électroniques ρ(E)
source : F. Tinjoux – thèse université Grenoble 1 (2003)fondamental excité atome H

"macro-atome"

Q dot InAs
Holm et al. J. Appl. Phys 92 (2002) p.932 4

SCMN 2009-2010

Différentes approches - Approche descendante

« top down »
Lithographie
voir cours « techniques de gravure »

- Approche montante

« bottom up »
° Manipulation d'atomes (manuel) ° Auto-organisation (thermodynamique / cinétique)

5

SCMN 2009-2010

Différentesapproches Top Down lithographie optique ou électronique
source de lumière (UV) source d’électrons focalisés masque (Cr/verre)
wafer Si 300 mm

lentille

résine photosensible

substrat

- versatile - résolution :

qq 100nm ("diffraction limit ")

~ 20 nm
6

- technique séquentielle

SCMN 2009-2010

Différentes approches Exemples de réalisations par techniques de gravure sèchelithographie optique, électronique ; gravure ionique (RIE, FIB)…
technologie recherche appliquée

Pixel d’un détecteur infra rouge (8µm)

Transistor à nanotube de carbone

7

SCMN 2009-2010

Différentes approches Bottom Up Microscopie en champ proche STM (à basse température)
Binnig, Rohrer Gerber, Weibel Découverte 1982 Prix nobel 1986

- observations à l’échelle atomique -conductivité locale - manipulation d’atomes Résolution ultime (atomique) lenteur extrême plusieurs heures sont nécessaires pour organiser qq 10 atomes

Itunnel

V

8

SCMN image SEM : pointe du STM en cours de balayage 2009-2010 (scan : 6µm x 6µm) mode courant constant

particules de Pb sur surface Ru(001)

A. Emundts, P. Coenen, Dr. G. Pirug, Dr. B. Voigtländer, Prof. Dr. H. P. Bonzel

9SCMN 2009-2010

Image enregistrée par le STM
structure d'équilibre des "gouttes de Pb" obtenue par recuit à 470 K plot de Pb à grande échelle

détails de la facette supérieure marches atomiques

3.5µm x 3.5µm

780nm x 530nm

10

SCMN 2009-2010

Différentes approches Manipulation d'atomes Réaction chimique
structure atomique artificielle réaction de Ullman "ultime"

"corral...