nov.
16

Intégration de nanotubes de carbone sur plaquettes CMOS

nanotubes sur CMOSLes nanotubes de carbone – comme d’autres matériaux nanostructurés – ont une sensibilité élevée pour un grand nombre de gaz et de vapeurs. Cette propriété est recherchée dans des domaines aussi divers que la surveillance de processus dans l’industrie, la surveillance de l’environnement, l’agriculture, la sécurité personnelle, la médecine ou les équipements de sécurité. Les capteurs de gaz fonctionnent souvent en détectant les changements subtils de conduction électrique sur une surface où des molécules de gaz se déposent. Un avantage que les nanotubes de carbone offrent en tant que détecteur de gaz comparativement aux détecteurs à base de matériaux d’oxyde métallique est leur temps de réponse rapide et le fait qu’ils réagissent avec les gaz à de faibles températures, parfois même à température ambiante.

Dans une application prometteuse, des chercheurs ont démontré la détection de certaines molécules odorantes avec une haute résolution en utilisant un capteur basé sur un nanotube de carbone fonctionnalisé. Bien que les possibilités de capteurs de gaz à base de nanotubes de carbone soient énormes, le problème réside dans les technologies de fabrication, plus précisément le manque de technologie pour la fabrication par lots.

Afin que les capteurs à base de nanotubes de carbone puissent être en mesure de rivaliser avec les technologies CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) modernes, les chercheurs doivent mettre au point un procédé de dépôt de nanotubes à faible coût, fiable et à grande échelle. Compte tenu des difficultés rencontrées à ce jour, les scientifiques croient qu’une approche hybride – telle que faire croître et intégrer les nanotubes de carbone sur des plaquettes CMOS afin d’utiliser ces nanotubes de carbone pour améliorer la performance de la technologie CMOS existante – pourrait être une approche plus réaliste.

Des chercheurs du Royaume-Uni ont présenté un nouveau concept permettant une croissance de nanotubes localisée sur des plaquettes CMOS déjà gravés. Il s’agit de la première preuve fonctionnelle de ce concept. Les résultats sont publiés dans la version en ligne du journal Nanotechnology. L’équipe formée de chercheurs du département de génie de l’Université de Cambridge et de l’entreprise CMOS Sensors Ltd a le processus CMOS standard silicium sur isolant (SOI) pour la fabrication d’un capteur de gaz de base. Ce capteur de base incorpore un appareil de chauffage micrométrique à base de tungstène et des électrodes interdigitées.

La croissance des nanotubes de carbone a été réalisée localement et optimisée sur une plaquette contenant déjà des circuits CMOS et des dispositifs tels que le micro-élément chauffant à base de tungstène. Les chercheurs soulignent que « l’intégration des deux technologies – les nanotechnologies et la microélectronique conventionnelle CMOS SOI – est d’un intérêt considérable, tant du point de vue du dispositif que de son application. Les nanotubes sont utilisés pour la détection de différents gaz et vapeurs alors que la microélectronique SOI CMOS est mise à profit pour son faible courant de fuite ».

Pour fabriquer leur détecteur de gaz, l’équipe a utilisé un procédé SOI CMOS d’une fonderie commerciale. Le processus SOI supporte des plaquettes de 6 pouces ayant une couche active de silicium de 0,25 µm et une couche d’oxyde enterrée de 1,0 µm. Le dispositif contient un micro-appareil de chauffage et des électrodes de détection interdigitées. Le métal d’interconnexion (tungstène) du processus à haute température SOI a été utilisé pour former le micro-appareil de chauffage. L’utilisation de la métallisation du tungstène permet au dispositif de fonctionner aux températures très élevées potentiellement requises pour la déposition du matériel de détection (nanotubes de carbone) et nécessaires à la détection des gaz. La couche supérieure des appareils est un nitrure de silicium passif et stable, qui a été retiré au-dessus des électrodes. Les électrodes interdigitées de détection ont été formées à partir de la couche métallique supérieure et sont utilisés pour mesurer la variation de la résistance des nanotubes de carbone en présence d’un gaz.

La membrane diélectrique réduit la consommation d’énergie, pour une température de fonctionnement donnée (par exemple 500°C), tout en assurant l’isolement des circuits électroniques présents à côté de la membrane. Les nanotubes de carbones ont été produits sur des électrodes interdigitées en utilisant le micro-appareil de chauffage de tungstène à une température de 725°C. Cette technique a été utilisée pour faire croître les nanotubes de carbone sur plus d’un dispositif à la fois afin de tester le mécanisme de croissance au niveau de la plaquette en utilisant plusieurs micro-appareils de chauffage simultanément.

Grâce à la caractérisation par spectroscopie Raman, il a été démontré que les nanotubes de carbone produits de cette façon sont pratiquement identiques et que le résultat est reproductible. Des mesures sur de longues période de la résistance électrique ont également été effectuées pour vérifier la stabilité des nanotubes de carbone. Cette stabilité est particulièrement utile pour les applications de capteur chimique résistif.

Source : article original

Post comment

Advertisements