Dépôt des contacts métalliques

Selon le désign des piézogénérateurs que nous avons choisi, il existe deux contacts métalliques. Un contact Ohmique formé à la base des nanofils et un contact Schottky au sommet des nanofils, au travers duquel sont collectées les énergies piézogénérées par les nanofils.

Dépôt du contact ohmique :

Nous avons retiré la résine HSQ sur le bord de l’échantillon avec de l’acide fluorhydrique pour y déposer un bicouche Ti(10nm)/Au(100nm), directement sur le silicium du bord de l’échantillon. Ce film métallique forme un contact ohmique avec le silicium dopé-n. Pour vérifier ce point, nous avons déposé deux de ces contacts de part et d’autre d’un substrat de silicium et réalisé une caractéristique I-V de ces deux contacts [Figure 12]. Ils présentent bien un comportement de contact ohmique.

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Dépôt du contact Schottky :

Nous avons choisi d’utiliser une électrode en platine pour former le contact Schottky au sommet des nanofils de GaN [Figure 13]. Le choix du platine a été fait en tenant compte des résultats du chapitre IV. En effet, pour des nanocontacts Schottky à base de platine, la récupération des énergies piézogénérées était la plus favorable.

Pour promouvoir l’adhésion du métal sur le polymère inorganique et les nanofils, préalablement au dépôt du platine, nous avons déposé une fine couche de chrome d’une épaisseur de 5 nm. Les deux dépôts ont été faits consécutivement.

Figure 13 : Images de MEB ; a) Nanofils de GaN encapsulé dans de la FOx25 recuite et gravée. Les nanofils dépassent de la surface d’une hauteur allant jusqu’à 300 nm. b) et c) Dépôts de Cr(5nm)/Pt(200nm) sur des sommets de nanofils dont la hauteur dépasse 150 nm. e) et f) Décollement d’un dépôt métallique d’épaisseur supérieure à 200 nm. d) Courbe I-V typique d’un contact métallique présentant la morphologie présentée en b) et c), acquise entre le contact ohmique du

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Le dépôt des contacts métalliques Schottky au sommet des nanofils n’est pas trivial technologiquement. En effet, la plupart des techniques de dépôt métalliques (PVD, CVD) sont adaptées pour le dépôt de couches minces et conformes sur des surfaces lisses et planes. Or, ce n’est pas le cas de nos échantillons. En effet, nos échantillons sont des nanofils de GaN encapsulés dans une résine. Celle-ci a été gravée de façon à laisser libre le sommet des nanofils. Toutefois, ces derniers ayant été épitaxiés selon la méthode auto-assemblée, ils présentent donc une dispersion de hauteur dont il faut tenir compte lors du dépôt de l’électrode supérieure.

Nous observons que la qualité et la conformité du dépôt métallique sont dépendantes de la hauteur de nanofils dépassant de la résine. Si les nanostructures dépassent de plus d’une centaine de nm du polymère [Figure 13, a)], la couche métallique n’est pas continue. Le métal forme des grappes au sommet des nanofils et n’est pas en contact avec le reste de la couche déposée sur le polymère [Figure 13, b) et c)]. Dans ces conditions, de nombreux nanofils sont isolés électriquement et ne participent pas à la piézogénération. De plus, le contact électrique à un comportement proche d’un contact ohmique [Figure 13, d)] qui n’est pas favorable aux mécanismes de piézogénération [2]. Enfin, le dépôt de Pt étant caractérisé par une contrainte en tension lorsqu’il est déposé, il n’est pas envisageable d’épaissir la couche de Platine au-delà de 200 nm pour contacter tous les nanofils, car une telle épaisseur induit le décollement du film et donc la détérioration du contact [Figure 13, e) et f)].

Compte tenu de ces contraintes technologiques, le dépôt métallique Cr(5nm)/Pt(200nm) est réalisé au sommet de nanofils dépassant de la résine d’une hauteur inférieure à 100 nm [Figure 14, a)]. Ce dépôt est réalisé par PVD (Physical Vapor Deposition) à faible vitesse de dépôt, avec un angle de 30° et la mise en rotation de l’échantillon. Ces contacts métalliques sont déposés à travers un « shadow-mask » constitué en un réseau de motifs circulaires de 2 mm de diamètre. Dans ces conditions, le dépôt métallique est relativement uniforme avec des reliefs au niveau du sommet des nanofils [Figure 14, b) et c)]. La courbe I-V de ce contact, réalisée entre le contact ohmique et un contact Schottky du microdispositif est présentée en Figure 14 d) et démontre le caractère redresseur du contact Schottky formé entre les nanofils de GaN et la couche métallique Cr/Pt.

Notons que, du fait de la dispersion de hauteur des nanofils autoassemblés, seuls les nanofils les plus longs dépassent de la résine et sont contactés par le métal. Seule cette proportion de nanofils va donc participer à la piézogénération du système. Notons également qu’il existe également une dispersion de hauteur liée à la position des nanofils sur le substrat, due au gradient de température entre son centre et ses bords. Ainsi, à l’échelle du microdispositif, en raison de cette double origine de dispersion en hauteur des nanofils, il est possible d’observer à l’échelle d’un même échantillon [Figure 14 e), f), g)] des dépôts métalliques conformes conduisant à un bon contact Schottky et dégradés, conduisant alors à un contact Schottky de mauvaise qualité. Afin de remédier à ces effets technologiques, la croissance localisée des nanofils en utilisant un masque déposé sur le substrat préalablement à la croissance est une solution. En permettant une croissance sélective et donc un contrôle de la morphologie des nanofils du réseau, nous pourrons réduire drastiquement la dispersion de hauteur des nanostructures et ainsi augmenter le nombre de nanofils participant à la piézogénération et donc d'augmenter l’efficacité du piézogénérateur. De plus, le contrôle de la morphologie du réseau permettrait également d’obtenir la densité optimale de nanofils, c’est-à-dire la densité maximale de nanofils qui permettent une encapsulation des nanostructures par la résine HSQ.

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Figure 14 : Images de MEB ; a) Nanofils de GaN encapsulé dans de la FOx25 recuite et gravée. Les nanofils dépassent de la surface d’une hauteur allant jusqu’à une centaine de nm. b) et c) Dépôts de Cr(5nm)/Pt(200nm) sur des sommets de

nanofils dont la hauteur est inférieure à une centaine de nm. e) et f) présentent respectivement un dépôt métallique conforme et un dépôt métallique-non conforme sur un même microdispositif

Courbe I-Vs acquisse entre le contact ohmique du microdispositif et un de ses contacts Schottky. d) Courbe typique d’un contact métallique présentant la morphologie présentée en b), c) et e). g) Courbes acquises sur les différents contacts

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