17/05/2013 - Nouvelle méthode de croissance des couches nanométriques de quartz sur silicium

Menéame

Une équipe avec la participation de chercheurs du Conseil supérieur de la recherche scientifique (CSIC) a développé un nouveau méthode de croissance épitaxiale des couches minces de quartz sur des plaquettes de silicium. Le travail, publié dans le dernier numéro de la revue Science, pourrait stimuler de nouvelles avancées dans des domaines tels que les capteurs ou la microélectronique.

Les chercheurs ont obtenu des couches de quartz d’une épaisseur comprise entre 100 nanomètres et un mycra. Pour ce faire, ils ont utilisé une méthode chimique par laquelle ils ont déposé une solution sur des plaquettes de silicium qui ont été traitées par la suite de façon thermique. Les couches de quartz poussent de façon épitaxiale, c’est-à-dire avec tous leurs cristaux orientés dans la même direction grâce au substrat semi-sol monoverre sur lequel elles sont ancrées et parfaitement intégrées.

Les résultats, brevetés en 2012 par le CSIC et le Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée del Centre national de la recherche scientifique (France), qui a dirigé ce travail, pourrait avoir des répercussions dans différents domaines de la recherche en physique appliquée, allant de capteurs à de nouveaux dispositifs dans les technologies de l’information. L’un des avantages d’avoir des couches de quartz d’une épaisseur nanométrique est qu’il est possible d’obtenir des fréquences de résonance plus élevées que celles des dispositifs actuels.

"Le quartz, en tant que piézoélectrique, est déformé si nous le soumettons à une différence de potentiel et si nous le déformons, il crée une différence de potentiel. Ces propriétés permettent de fabriquer avec lui des oscillateurs électroniques qui génèrent la base de temps, le tic-tac interne, de nombreux appareils, de montres de poignet à puce. Comme le silicium est le matériau sur lequel repose la microélectronique, son intégration avec le quartz à l’échelle nanométrique présente un grand intérêt," explique le chercheur du CSIC à l’Institut de Science des Matériaux de Barcelone Martí Gich.

Images montrant la croissance hétéroépitaxiale des plaquettes à quartz sur silicium./ CSIC

Jusqu'à présent, le quartz utilisé dans la fabrication des oscillateurs des dispositifs électroniques était constitué de petits monoverres sculptés et polis à partir d’autres plus grands, un type d’usinage qui impose une limite à la miniaturisation qui peut être atteinte.

"La croissance des cristaux de quartz par des techniques hydrothermales est un processus lent, peu efficace et coûteux, mais très optimisé en raison de leur pertinence industrielle et de leur prévalence au fil du temps. La nouvelle méthode ouvre la porte à une fabrication efficace d’oscillateurs à haute fréquence de résonance directement sur silicium," note le chercheur du CSIC.

Des capteurs de dernière génération basés sur la modulation des ondes acoustiques (senseurs de type SAW surface accoustic wave) et d’autres systèmes microélectro-électriques (MEMS), qui transforment l’électricité en mouvement et vice versa, pourraient également tirer parti de la pizoélectricité offerte par le quartz et de son intégration sur le silicium.

Le travail a également bénéficié de la participation du Institut Laue-Langevin à Grenoble (France).

Référence bibliographique

A. Carretero-Genevrier, M. Gich, L. Picas, J. Gazquez, G. L. Drisko, C. Boissiere, D. Grosso, J. Rodriguez-Carvajal, C. Sanchez. Soft-Chemistry Based Routes to Epitaxial a-Quartz Thin Films with Tunable Textures. Science. DOI: 10.1126/science.1232968.

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