Il existe aujourd’hui des technologies très performantes de microstructuration du silicium (e. g., la gravure humide/sèche, la lithographie sous lumière/faisceau d’électrons), mais leur remarquable efficacité est obtenue au prix d’une série d’étapes de lithographie et de gravure qui n’est pas envisageable pour des industries où la réduction des coûts et du temps de fabrication est essentielle (e. g. la fabrication des cellules solaires). Ne plus utiliser de masques simplifierait considérablement la fabrication des microstructures, mais c’est extrêmement difficile et implique une évolution vers des techniques de micro-usinage.

Image MEB d’une surface de silicium après impression chimique en une seule étape de pyramides inversées dans HF-H2O2 avec des électrodes Au/Pt nanoporeuses de morphologie complémentaire.

Dans ce contexte, un procédé de gravure par contact du silicium (de type n) à l’échelle macroscopique a été mis au point, basé sur l’utilisation d’électrodes nanoporeuses en Au. Ce type d’électrode a l’avantage de former des nanocontacts entre Si, le métal et l’électrolyte tout en assurant le transport de l’électrolyte vers et depuis l’interface à travers l’électrode.

Des électrodes en Au nanoporeux constituée en surface d’un réseau de pyramides à base carrée (10 x 10 µm2 de base x 7 µm de hauteur) ont été élaborées par désalliage de AuAg dans HNO3. Ces motifs ont pu être imprimés en une seule étape et sans lithographie, par simple contact, sous polarisation anodique en milieu HF ou chimiquement dans HF-H2O(à la vitesse de ~ 0,35 µm min‑1). Des résultats équivalents ont été obtenus avec des électrodes de Pt nanoporeux. 

Des simulations numériques en 2D de la modulation de la bande de valence aux interfaces Au/Si/électrolyte permettent d’expliquer l’aspect localisé de la gravure. Ils montrent que le Si de type n en contact avec Au ou Pt est en régime d’inversion, avec des trous sous le métal (à moins de 3 nm). La gravure correspond à un transfert de trous quasi 2D sur quelques nanomètres dans la couche d’inversion entre les contacts métalliques et électrolytiques adjacents et est donc très localisée autour des contacts métalliques.

Référence :

S. Bastide et al., 3D Patterning of Si by Contact Etching with Nanoporous MetalsFrontiers in Chemistry 7 (2019) 256