Un instrument de nanofabrication par faisceaux d'ions focalisés à très haute résolution
Institution:
Paris, CNAMDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
In this text we present the Focused Ion Beam (FIB) technology as a tool for nanofabrication, having the capability to modify directly, locally, and reproducibly the properties of various samples. The first innovative aspect of this work was to improve the emission characteristics of Liquid Metal Ion Source. A specific geometry was developped allowing to improve the on axis current density. Then a dynamic control mode for the ion-emission control was then proposed and patented. In a second step we have developped, optimized and finally realised an innovative ion optics system dedicated to nanofabrication experiments (two additionnal patents were deposited). Improvements regarding the design and the exploitation of the ion optics were proposed on the basis of simulation techniques. Finally we have demostrated in this work, with three different applications, that the performance of our system was in agreement with our initial goals. A first innovative application is the FIB structuration of a gold cluster compound (Au55 (PPh3)12Cl6)Structures having some nanometers in size were fabricated with a three dimensional control. Direct nanostructuration by FIB of magnetic layers with perpendicular magnetization axis is a technique that allow a record dnsity in data storage. Our results in this field are at the leading edge. Direct patterning of active III-V materials : we have shown that these effects can be significantly reduced with a cooling of the sample at 22 K during FIB irradiation. The benefits are both for lateral and longitudinal extension.
Abstract FR:
Dans ce mémoire, nous présentons un aspect de la technologie des faisceaux d'ions focalisés (fib) en tant qu'outil de nanostructuration ayant la capacité de modifier directement, localement, de manière contrôlée et reproductible, les propriétés d'échantillons très divers. L'originalité de cette étude a tout d'abord consiste à tenter d'exploiter au mieux les paramètres opératoires des sources d'ions à métal liquide grâce d'une part à une géométrie originale permettant d'augmenter sensiblement la densité de courant émise sur l'axe et d'autre part à un asservissement dynamique de l'émission (lequel a fait, suite à cette étude, l'objet d'un premier dépôt de brevet). Ensuite, la réalisation et l'optimisation d'un système optique de transfert adapté à la nanofabrication nous a amené à développer un système électrostatique original et de grande performance (qui fait l'objet de deux brevets supplémentaires). Des améliorations au niveau du design et de l'exploitation ont été apportées grâce à des techniques de modélisation. Nous avons finalement démontré dans ce travail, au travers de trois applications, que le niveau de performance de la technologie que nous développions correspondait aux objectifs initiaux : - une première application originale porte sur la structuration du composé au 5 5(pph 3) 1 2cl 6 ou gold cluster : des structures à l'échelle de la dizaine de nanomètres ont été créées a partir d'un compose solide, et de manière tri-dimensionnelle. - la structuration par fib, à l'échelle nanométrique, de supports magnétiques à axe d'aimantation perpendiculaire au plan des couches est une technique qui permet d'atteindre une densité record d'information. Dans ce domaine, nous avons contribué à des travaux qui comptent parmi les plus avancés. - structuration par fib de composes iii-v : nous avons montré que ces effets peuvent être significativement réduits en abaissant la température de l'échantillon à 22 k. Ceci aussi bien longitudinalement que latéralement.