Les nanomatériaux d’oxyde aux propriétés piézoélectriques sont essentiels à la conception d’appareils tels que les capteurs MEMS ou les micro-récolteursd’énergie ou le stockage 1,2,3. À mesure que les progrès de la technologie CMOS augmentent, l’intégration monolithique de films et nanostructures piezoélectriques épitaxiques de haute qualité dans le silicium devient un sujet d’intérêt pour développer de nouveaux appareils4. En outre, un plus grand contrôle de la miniaturisation de ces dispositifs est nécessaire pour atteindre des performancesélevées 5,6. Les nouvelles applications de capteurs en électronique, biologie et médecine sont rendues possibles par les progrès des technologies de micro et de nanofabrication7,8.
En particulier, α quartz est largement utilisé comme matériau piézoélectrique et présente des caractéristiques exceptionnelles, qui permettent aux utilisateurs de fabriquer pour différentes applications. Bien qu’il ait un faible facteur de couplage électromécanique, ce qui limite sa zone d’application pour la récolte de l’énergie, sa stabilité chimique et son facteur de qualité mécanique élevé en font un bon candidat pour les dispositifs de contrôle des fréquences et les technologies decapteurs 9. Cependant, ces dispositifs ont été micromachined des cristaux simples en vrac de quartz qui ont les caractéristiques désirées pour la fabricationd’appareil 10. L’épaisseur du cristal de quartz doit être configurée de telle sorte que la fréquence de résonance la plus élevée peut être obtenue à partir de l’appareil, de nos jours, l’épaisseur la plus faible réalisable est de 10 μm11. Jusqu’ici, quelques techniques pour micropattern les cristaux en vrac tels que la cage de Faraday angle-gravure11,lithographie d’interférence de laser12,et faisceau d’ion focalisé (FIB)13 ont été rapportées.
Récemment, l’intégration directe et ascendante de la croissance épitaxique du film de α quartz (100) dans le substrat de silicium (100) a été développée par dépôt de solution chimique (CSD)14,15. Cette approche a ouvert la porte à surmonter les défis susmentionnés et aussi à développer des dispositifs à base de piézoélectrique pour les futures applications de capteurs. L’adaptation de la structure du film α quartz sur substrat de silicium a été réalisée et il a permis de contrôler la texture, la densité et l’épaisseur du film16. L’épaisseur du film de α quartz a été étendue de quelques centaines de nanomètres à la gamme de microns, qui sont 10 à 50 fois plus minces que celles obtenues par les technologies descendantes sur le cristal en vrac. L’optimisation des conditions de dépôt, de l’humidité et de la température de dip-enduit a été permise d’atteindre à la fois le film cristallin continu de quartz nanostructuré et un modèle nanoimprimé parfait par une combinaison d’un ensemble de techniques de lithographie descendante17. Plus précisément, la lithographie à nanoimpression souple (NIL) est un procédé de fabrication et d’équipement à grande échelle à faible coût. L’application de NIL souple, qui combine des approches descendantes et ascendantes, est une clé pour produire des tableaux de nanopillars de quartz épitaxial sur le silicium avec un contrôle précis des diamètres des piliers, de la hauteur et des distances interpillaires. En outre, la fabrication du nanopillar de silice avec la forme contrôlée, le diamètre, et la périnicité sur le verre de borosilicate pour une application biologique a été exécutée personnalisant le NIL doux du film mince épitaxial de quartz18.
Jusqu’à présent, il n’a pas été possible d’intégrer sur puce des mems nanostructurés α à quartz piezoélectrique. Ici, nous dessinons la voie d’ingénierie détaillée à partir de matériaux à la fabrication d’appareils. Nous expliquons toutes les étapes pour la synthèse des matériaux, nil doux, et la microfabrication de l’appareil pour libérer un porte-à-faux à quartz piezoélectrique sur soi substrat19 et discuter de sa réponse comme un matériau piézoélectrique avec quelques résultats de caractérisation.