Résultats de formation de structures sub-micrométriques 66

2.4 Verrous et perspectives

3.1.4 Résultats de formation de structures sub-micrométriques 66

Sur la Figure 3.5, nous présentons des réseaux de pores formés à partir des masques de type A, B et C du LTM. Ces résultats correspondent à un choix 66

3.1. Matériels, méthodes et résultats de gravure adapté de chaque paramètre de gravure que nous discuterons dans les deux pro-chaines sections. Nous considérons que les structures sont correctement gravées lorsque tous les pores sont reproduits à partir des motifs initiaux.

Nous avons également veillé à obtenir des réseaux de pore homogènes en profondeur, en diamètre et avec très peu de défauts sur les ancs. Les durées d'anodisation sont xées à 2000s pour obtenir des profondeurs gravées de ∼ 20 µm. Cela correspond à des vitesses de gravure de ∼ 0, 5 µm.min−1. Nous verrons dans la Section 3.2.3 que la vitesse de dissolution du silicium va varier avec la concentration en acide uorhydrique utilisée.

Figure 3.5 Images MEB de vue en coupe de réseaux sub-micrométriques de pores réalisés par gravure électrochimique à partir des masques de type A, B et C. Le diamètre des pores, la périodicité du masque et la résistivité du substrat sont respectivement : (a) ∼ 550 nm, 1 µm, 0, 76 Ω.cm, (b) ∼ 350 nm, 750 nm, 0, 35 Ω.cm, (c) ∼ 270 nm, 500 nm, 0, 15 Ω.cm[1].

Les structures que nous présentons sont caractérisées par leurs spécicités géométriques exprimées en termes de densité et de diamètre des pores. Les pa-ramètres de gravure sont exprimés en terme de résistivité/ tension appliquée/ densité de courant et solution de BHF utilisée :

• Masque de type A :

Spécicités géométriques : 1 pore.µm−2/ ∼ 550 nm.

Paramètres de gravure : 0, 76Ω.cm/3V/4mA.cm−2/[HF 2]. • Masque de type B :

Spécicités géométriques : 2 pores.µm−2/ ∼ 350 nm.

Paramètres de gravure : 0, 35Ω.cm/3V/4, 5mA.cm−2/[HF 2]. • Masque de type C :

Spécicités géométriques : 4 pores.µm−2/ ∼ 270 nm. Paramètres de gravure : 0, 15Ω.cm/3V/4mA.cm−2/[HF 2].

Chapitre 3. Formation de réseaux de pores sub-micrométriques

La Figure 3.6.a montre que nous avons pu correctement former un réseau de pores à partir d'échantillons lithographiés par insolation holographique pour une période de 450nm (réseau carré). Il s'agit du premier réseau de pores formé pour une période < 500 nm à partir du procédé LEE. Pour les périodes inférieures, les étapes de post insolation (voir Annexe A)ne sont pas encore optimisées et les motifs ne sont pas homogènes sur l'ensemble de la surface du silicium. Sur des premiers essais réalisés à 350 nm, nous avons cependant réussi à former les pores sur des zones où les motifs étaient bien dénis au départ (voir Figure 3.6.b).

Figure 3.6 Images MEB de vue en coupe de structures sub-micrométriques réalisées par gravure électrochimique à partir de lithographies holographiques. Le diamètre des pores, les périodes et les résistivités sont respectivement : (a) ∼ 270 nm, 450 nm, 0, 15Ω.cm, (b) ∼ 230 nm, 350 nm, 0, 07 Ω.cm.

Les structures présentées ici ont nécessité d'adapter correctement les para-mètres de gravure pour former les pores dans des conditions stables. Pour cela, il a été primordial de s'intéresser à la physique de formation des pores an d'antici-per et éviter certains mauvais choix de paramètres. Il faut noter que ces structures résultent néanmoins de plusieurs mois de travaux et d'une expertise développée au laboratoire depuis quelques années.

3.2. Etude expérimentale du rôle des diérents paramètres de gravure

3.2 Etude expérimentale du rôle des diérents

pa-ramètres de gravure

Comme nous l'avons introduit dans le Chapitre 2, la répartition des lignes de courant n'a aucune raison d'être parfaitement équivalente au niveau de chaque motif à graver. La formation homogène de tous les pores nécessite alors de foca-liser susamment de lignes de courant à la pointe des pyramides inversées, an d'obtenir la condition d'électropolissage.

3.2.1 Courants de gravure et électropolissage à la pointe

Lors d'une expérience de porosication, le pourcentage de la surface gravée va être proportionnel à la densité de courant, notée J (correspondant au courant mesuré divisé par la surface de la cellule). Dans le cas d'une gravure initiée à partir de pyramides inversées, la dissolution du silicium a exclusivement lieu à la pointe des motifs lithographiés[2]. De plus, lorsque les pores se forment dans le régime autorégulé, la densité de courant à la pointe satisfait la relation Jtip = Jps. A partir de ces considérations, nous pouvons écrire :

J Jps

= % surface gravée = _{Aire de la cellule}^{Aire Gravée} (3.1) On admet généralement que dans les conditions idéales d'autorégulation, les pores formés ont une section tubulaire[1]. Pour un réseau de pores de diamètre d et de densité D, la relation (3.1) devient :

Jps ≈ D^{π d}

4 (3.2)

Par cette relation simple, on voit ici que le diamètre des pores d va dépendre de la densité de courant J imposée dans le circuit. La densité de pores peut facilement être calculée à partir de la géométrie du réseau lithographié (carré, hexagonal). Dans nos expériences, nous travaillons généralement au niveau d'un plateau sur la caractéristiques J = f(V ) (Zone II sur la Figure 2.8 du Chapitre 2). De ce fait, la dissolution du silicium est limitée par l'apport de trous. Cela revient à imposer et xer le courant par l'intensité lumineuse de la source. L'observation de la morphologie nale des pores va donner une indication sur la densité de courant à la pointe des pores.

Chapitre 3. Formation de réseaux de pores sub-micrométriques Cas où Jtip < Jps

Lorsque les courants de gravure sont trop faibles, certains pores ne bénécient plus de susamment de lignes de courant qui les maintiennent dans un régime de dissolution autorégulée. La condition d'électropolissage dénie par Jtip = Jps

n'est alors plus eective à la pointe des pores. Cela se traduit d'un point de vue morphologique par l'observation de phénomènes dit de dying (voir Figure 3.7), qui sont caracterisés par une diminution progressive du diamètre de certains pores jusqu'à leur arrêt[3]. Lors d'une gravure, la proportion du nombre de pores arrêtés donne une indication sur les niveaux de courants de gravure.

Figure 3.7 Image MEB d'un réseau de pores mal formés dues à des courants de gravure trop faibles et ne satisfaisant pas à la condition Jtip = J_ps.

Cas où Jtip = Jps

Lorsque la densité de courant est susante pour obtenir la condition Jtip = Jps

à la pointe des pores, le régime d'autorégulation est amorcé et tous les pores se forment de manière homogène (i.e. absence de phénomènes de dying). Dans ce ré-gime de gravure, le diamètre des pores formés est dicté par l'équation (3.2). Nous avons vérié la validité de cette règle sur deux échantillons gravés dans des condi-tions expérimentales identiques (ρ = 0, 15Ω.cm/U = 3V/masqueB/[HF 1]). Le premier échantillon a été gravé à 4mA.cm−2 et a permis d'obtenir des pores de ∼ 270 nm (voir Figure 3.8.a). Le deuxième échantillon a été gravé à 8mA.cm−2

et a permis de former des pores de ∼ 390 nm (voir Figure 3.8.b).