Bilan sur le procédé de transfert

Outre l’aspect d’intégration 3D, il existe une large variété d’applications du trans-fert de couches et ce dans divers domaines de la microélectronique. Il permet de béné-ficier des propriétés remarquables d’autres matériaux (dissipation thermique, conduc-tivité électrique,. . .) ou encore la réalisation d’hétérostructures originales. En ce sens, le transfert de films de diamant apparaît comme une technologie ouvrant la voie à de nombreuses innovations. Cette technologie vise ainsi toutes les applications requérant des surfaces de travail plus importantes que celles du diamant monocristallin sans pour autant être limité par la qualité cristalline du matériau ; ce procédé de transfert est aussi transposable au diamant hétéroépitaxié sur substrat iridium.

Par exemple, dans le cas de la réalisation de source de photons uniques, la lumi-nescence due aux joints de grains dans le polycristallin est trop importante. Le procédé de transfert permettrait d’augmenter fortement la taille de grain, jusqu’au point ou une micro-cavité tiendrait quasiment entièrement dans un grain. Ce pourrait être ainsi une solution technologique pour l’obtention de couches de diamant de grandes taille et de bonne qualité cristalline pouvant concurrencer directement le diamant monocristallin.

Seuls quelques transferts de films ont pu être réalisés entièrement du fait que de nombreux points bloquants ont dû être dépassés. Malgré cela, les résultats sont concluants, et de nombreuses améliorations sont encore possible. Outre l’optimisation du procédé de gravure des films, d’autres aspects restent à considérer. Un exemple concerne l’inhomogénéité des films diamant de quelques microns sur des surfaces 2”. Celle-ci est trop importante pour pouvoir envisager pour le moment des report de couches sur de telles dimensions de substrats. Par ailleurs, même sur des surfaces plus petites, cette inhomogénéité peut s’avérer problématique, notamment pour la réalisa-tion de CPh calibrés pour une épaisseur de membrane.

Enfin, une étude complémentaire par spectroscopie Raman des couches repor-tées serait également judicieuse afin de caractériser complètement les films obtenus puisqu’elle permettrait d’évaluer le rapport sp2/sp3 des nouveaux films et ainsi les comparer au polycristallin obtenu par CVD.

3.8 Conclusion

La photonique sur diamant rencontre encore quelques verrous, dont le principal reste la fabrication de structures de façon reproductible et sur de grandes surfaces. Ce constat laisse supposer que les procédés technologiques présentés dans ce chapitre pour

la réalisation de cristaux photoniques en diamant polycristallin ont leur carte à jouer face au diamant monocristallin.

Pas seulement dédiés à l’optique, des procédés de lissage de films diamant ou-vrant la voie à de nouvelles performances là où la rugosité du diamant fait défaut, ont notamment été développés. La technique utilisée est rapide et permet d’éviter un polissage mécanique fastidieux. Il a été montré qu’il est possible de lisser des films al-lant de quelques centaines de nanomètres jusqu’à plusieurs microns d’épaisseurs, et des rugosités RMS inférieures au nanomètre ont pu être obtenues grâce à cette technologie. Grâce à l’effort mené sur le développement technologique, les procédés de fabri-cation de cristaux photoniques sur films minces de diamant polycristallin ont pu être fiabilisés. Notamment, l’optimisation du masque en nitrure de silicium a permis d’amé-liorer la gravure des trous composant le cristal photonique en diamant polycristallin. Le profil vertical des trous présente des angles inférieurs à 3°, et même à 1° dans le cas de trous dont le diamètre n’excède pas 150 nm. Dès lors, il a été montré qu’il était possible d’obtenir des cristaux photoniques membranaires ayant des facteurs de qualité pouvant atteindre 6500 à 1.55 µm, une valeur se situant à l’état de l’art des cristaux photoniques en diamant polycristallin. La qualité optique des dispositifs obtenus est satisfaisante pour les applications de détection auxquels ils sont destinés.

Toutefois, le développement d’un procédé original de transfert de films de diamant sur silice a été mis en place dans le but d’obtenir des couches minces de très bonne qualité cristalline. Il a été montré que des films de 200 nm pouvaient avoir des grains jusqu’à cinq fois plus grands, diminuant ainsi de façon conséquente la proportion de joints de grains. Des premières structures à CPh visuellement très satisfaisantes ont été réalisées grâce à ce procédé.

Étude des propriétés d’un cristal

photonique en diamant : influence

du matériau et de la chimie de

surface

4.1 Introduction

Nous avons illustré précédemment le fait que les cristaux photoniques à fente en diamant sont très sensibles à la variation de l’indice de réfraction induite à leur surface et donc adaptés pour détecter toute modification chimique de leur environnement. Une première étape consistera ainsi à évaluer leur comportement lorsque leur environnement est modifié.

Ce chapitre fait état de nos études concernant la sensibilité optique des CPh à une modification chimique de surface simple. Nous verrons dans un premier temps quelles sont les conséquences d’une modification de leur terminaison de surface et en quoi le matériau diamant peut avoir une influence sur les propriétés spectrales des CPh.

Pour faire suite à l’étude des CPh à partir de différents états de surface, il s’agira ensuite de les exploiter pour la détection d’espèces chimiques en phase gaz et ainsi évaluer leur réactivité. Notre ambition ici n’est pas de proposer un détecteur finalisé à partir d’une étude complète sur les performances capteurs, mais plutôt de montrer avec des tests simples que les CPh en diamant permettent tout autant que ceux en silicium d’être utilisés comme des structures sensibles de transduction. Pour réaliser ces études préliminaires, un nouveau dispositif expérimental permettant de caractériser les CPh dans un environnement contrôlé a été développé. Celui-ci nous a permis d’analyser la

réponse des CPh en diamant à deux composés chimiques en phase gaz.