Imprimer cette page

Microscopie en champ proche et nanocontacts

Pour tout renseignement s'adresser à :

Frédéric HOUZÉ : Olivier SCHNEEGANS :
  • Tél. : 01 69 85 16 74
  • frederic.houze[at]lgep.supelec.fr
  • Tél. : 01 69 85 16 65
  • olivier.schneegans[at]lgep.supelec.fr


On désigne couramment par «microscopies en champ proche» toute une famille de techniques de caractérisation des surfaces apparues au début des années 1980 dans le sillage des microscopes à effet tunnel (STM) et à force atomique (AFM). Ces techniques ont été abordées au sein de l'équipe en 1992, et font depuis 1994 l'objet de développements instrumentaux spécifiques permettant de réaliser des mesures électriques locales (résistance, puis plus récemment capacité). L'intérêt de ce type de mesures dépasse largement le cadre de l'équipe, donnant lieu en interne à un axe transverse au sein du département MADELEC, et en externe à de multiples collaborations. Une véritable plateforme a été constituée; dotée de trois microscopes complémentaires, elle permet de mener en parallèle les trois axes d'activités du thème: les développements instrumentaux, les études de caractérisation de matériaux et les travaux relatifs à la physique du nanocontact.

 

Développements instrumentaux :

Deux modules dédiés aux mesures électriques locales par AFM à pointe conductrice sont en cours de développement:

  • «Résiscope»: On applique une polarisation continue (-10V à +10V) entre la pointe et l'échantillon et on mesure le courant résultant; l'étendue de mesures est actuellement de 10 décades (de 102 à 1012 Ω), pour ±1V appliqué; la cadence de fonctionnement en imagerie va jusqu'à 5 lignes/s.Ce module a été essaimé dans 7 laboratoires français entre 1999 et 2006. Une version commerciale est en cours de développement par une PME d'instrumentation de l'Essonne. Un projet ANR PNANO en cours («ALICANTE», 2007-2010) vise à étendre la gamme de mesures de 2 décades supplémentaires vers les très faibles courants.

  • «Capascope»: Ce module plus récent constitue une extension du Résiscope: grâce à la superposition d'une petite composante alternative, on accède, par le biais d'une détection synchrone, à une mesure de la capacité locale; l'étendue de mesures est actuellement de 7 décades (de 10-10 à 10-17 F),  pour une vitesse de balayage plus lente que pour le Résiscope (<1 ligne/s).Le développement de cette technique et la compréhension des phénomènes physiques associés font actuellement l'objet d'une thèse CIFRE.

Par ailleurs, des investigations sont en cours pour coupler nos techniques de mesures électriques avec des variantes de l'AFM comme le LFM (lateral force microscope).

 

Caractérisation de matériaux :

Le module Résiscope permet de réaliser depuis de nombreuses années des campagnes de caractérisation sur la plupart des matériaux étudiés dans le cadre du thème «Contacts bas niveau», apportant un éclairage original complémentaire des investigations réalisées par ailleurs avec les différents instruments disponibles dans la plateforme de caractérisations physico-chimiques des matériaux et des surfaces. À côté du mode imagerie conventionnel, qui fournit des cartographies simultanées de la topographie et de la résistance électrique locale, les modes spectroscopiques sont particulièrement intéressants également à mettre en œuvre. Ainsi une expertise a été développée concernant l'obtention et l'interprétation des courbes approche-retrait, qui permettent de suivre finement l'établissement et la rupture des contacts mécanique et électrique, et d'en déduire par exemple des informations sur l'homogénéité et la compacité de couches organiques.

Parmi les études en cours ou qui démarrent, on peut citer :

  • Revêtements étamés pour la connectique (thèse CIFRE);
  • Films organiques ultraminces innovants (projet ANR «NanoConnect»);
  • Matériaux composites hybrides pour l'électronique (projet Carnot C3S);
  • Films de graphène (projet RTRA Triangle de la Physique).

Différents travaux se poursuivent par ailleurs avec les équipes SCM et MDMI du LGEP, sur des matériaux comme le diamant ou les oxydes supraconducteurs.

 

Physique du nanocontact :

L'AFM à pointe conductrice constitue en soi un objet d'étude, en offrant l'opportunité d'étudier un contact électrique de très petite dimension dont la géométrie et les conditions d'accostage sont relativement bien maîtrisées, et qui peut être vu comme un modèle des contacts élémentaires entre aspérités qui existent au sein d'un contact macroscopique. Il représente également un véhicule de test idéal pour aborder le domaine des micro- et nanocontacts MEMS/NEMS en plein essor actuellement.

Parmi les études en cours ou en projet, on peut mentionner:

  • les phénomènes thermiques locaux (étude de matériaux à transition de conductivité, coll. avec le LPS de Paris-Sud 11);

  • les nanomodifications par réaction d'oxydo-réduction locale (irréversibles ou réversibles, étude d'oxydes à valence mixte, coll. avec le LPS et l'ICMMO de Paris -Sud 11);

  • la recherche de revêtements innovants adaptés à des microcontacts en technologie MEMS.