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Croissance et nano-structuration


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Croissance et nano-structuration : Bâti de croissance, SEM-FEG

 

L’élaboration d’échantillons tient un rôle à part entière dans une expérience scientifique. Dans le domaine des nanosciences, deux grandes tâches doivent être distinguées : le dépôt de couches ultra minces et la mise en forme sous forme de nanostructures.

 

  • 1. Bâti de croissance de couches ultra-minces magnétiques :

Nous disposons d’un bâti de croissance de couches ultra-minces sous ultra-vide (pression de base : 2 x 10-11 mbar). Les matériaux sont évaporés en les chauffant par bombardement électronique. Ce bâti permet la croissance de couches et de multicouches sur des substrats cristallins (typiquement silicium, MgO, saphir) avec un contrôle des épaisseurs de l’ordre de 0.1 nm. Par ailleurs, il permet le co-dépôt de deux espèces chimiques différentes avec un contrôle en composition. Les conditions de croissance (température, angle de dépôt) peuvent être ajustées.

 

- 2 canons à électrons Telemark 7 creusets
- Matériaux disponibles : Ti, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Nb, Ru, Pd, Ta, Pt, Au, Al, MgO, Gd, Tb
- Gamme de température : 100 – 1200 K
- Rotation du porte-échantillon.
- Caractérisation in situ et en temps réel par diffraction d’électrons de haute énergie (RHEED)
- Gravure Ar et oxydation in situ.

 

  • 2. Autres appareils de dépôt de couches minces

 

Evaporateur par effet Joule sous vide secondaire (10-7 mbar) : réalisation de masques de gravure, dépôt de contacts Ti/Au

Bâti de pulvérisation cathodique : dépôt magnétique (CoCr) pour la fonctionnalisation de pointes AFM, pour la microscopie à force magnétique

 

  • 3. Mise en forme d’échantillons par micro et nano-technologies

 

La mise en forme des échantillons est réalisée au moyen d’une résine (PMMA, ZEP, épaisseur typique 100-500 nm) lithographiée par faisceau d’électrons (lithographie électronique) dans un microscope électronique à balayage avec canon électronique à émission de champ (SEM-FEG).

Le procédé consiste à créer des trous en dissolvant les parties qui ont été irradiées (développement). Selon les cas, nous déposons directement les matériaux étudiés dans les trous (procédé de lift-off) ou nous faisons croître des couches continues au préalable, créons un masque en aluminium par la technique de lift-off et le transférons sur la couche par gravure aux ions argon.

 

Caractéristiques du SEM-FEG Zeiss :

- Énergie des électrons : 30 keV
- Pression variable (pour lithographie sur isolants)
- Analyse chimique EDS Brucker
- Système de lithographie NPGS
- Résolution spatiale : 1 nm
Résolution en lithographie : <20 nm