(PhysOrg.com) -- Une étape clé dans de nombreux processus de nanofabrication consiste à créer des films minces, parfois une seule molécule d'épaisseur, par une méthode connue sous le nom de dépôt de couche atomique. Des chercheurs de Cornell et de l'Université de Tel Aviv ont développé un nouvel outil pour les nanofabricants afin de tester les propriétés physiques de ces films.

Les films ultraminces sont de plus en plus importants dans la construction de microcircuits. Leurs caractéristiques physiques déterminent souvent leur comportement électronique ainsi que leur résistance à l'usure.

Les chercheurs ont montré que de minuscules porte-à-faux résonnants - des tiges de silicium ancrées à une extrémité, comme un petit plongeoir - peut déterminer la densité d'un film et son module de Young, une mesure de la résistance à la flexion. La méthode offre plusieurs avantages par rapport aux autres méthodes de mesure de ces caractéristiques des films minces, les chercheurs ont dit, et peut être utilisé par tous les chercheurs ayant accès à des capacités de nanofabrication comparables à celles de la Cornell Nanoscale Facility.

Le travail a été rapporté dans le numéro du 15 août de la Journal de physique appliquée par l'associé de recherche Cornell Rob Ilic, Slava Krylov, maître de conférences à l'Université de Tel Aviv et ancien professeur invité à Cornell, et Harold Craighead, le professeur d'ingénierie C.W. Lake Jr. à Cornell.

Les chercheurs de Cornell ont déjà utilisé de minuscules cantilevers vibrants de quelques nanomètres (milliardièmes de mètre) d'épaisseur pour détecter la masse d'objets aussi petits qu'un virus. Tout comme une corde de guitare épaisse vibre à une note plus basse qu'une corde plus fine, ajouter de la masse à une tige vibrante modifie sa fréquence de vibration. Le revêtement de la tige avec un film mince ajoute une masse détectable, et de la masse et de l'épaisseur du film, la densité peut être déterminée.

Le film modifie également la résistance du cantilever à la flexion. Pour séparer cette caractéristique, les chercheurs ont comparé les vibrations dans le plan (côté à côté) et hors du plan (haut et bas). La résistance à la flexion dans différentes directions est sensiblement différente lorsque la tige vibrante est large et mince. Lorsque la section transversale de la tige est carrée, il n'y a pas de différence entre les mouvements de haut en bas et d'un côté à l'autre.

Pour tester leur idée, les chercheurs ont fabriqué une variété de cantilevers de six à 10 microns (millionièmes de mètre) de long, 45 nanomètres d'épaisseur et avec des largeurs variant de 45 nanomètres à 1 micron. Dans diverses expériences, ils ont appliqué des films d'aluminium, nitrure d'aluminium et hafnium de 21,2 à 21,5 nanomètres d'épaisseur à la surface des porte-à-faux.

Un faisceau laser focalisé sur la base d'un cantilever fournit de l'énergie pour le mettre en vibration, et un autre laser visant à la fin mesure la vibration. Comme un diapason, chaque tige a une fréquence de résonance à laquelle elle vibre, et cela dépend des dimensions et des caractéristiques physiques de l'appareil. La comparaison de la fréquence de résonance et de certaines de ses harmoniques avant et après l'application d'un film a permis aux chercheurs de calculer la densité et le module de Young du film.

Au fil de nombreuses expérimentations, les calculs concordaient bien avec les prédictions théoriques et les caractéristiques des films mesurés par d'autres méthodes. Certains aspects du procédé de fabrication des nanocantilevers pourraient affecter les résultats, les chercheurs ont trouvé, mais ils ont dit que la précision pourrait être améliorée.

Le travail a été soutenu par la Defense Advanced Projects Research Administration, la National Science Foundation et l'État de New York.