Auto-assemblage de nanoparticules de Ba0.6Sr0.4TiO3 pour la réalisation de condensateurs de découplage intégrés sur interposeur pour l’électronique 3D
Résumé
Dans le contexte de l’intégration 3D des composants électroniques avec un objectif de miniaturisation et d’augmentation des vitesses de traitement de l’information, l’ajout de condensateurs de découplage à proximité de la puce est requis afin d’augmenter les performances électriques du module. Le dépôt de couches minces (<100 nm) à base de matériaux à forte permittivité dits ‘‘high-k’’ est requis pour la réalisation de condensateur à haute densité (> 8 µF /cm2). Du fait de leur taille et leurs propriétés diélectriques, les céramiques sont privilégiées. Les nanoparticules Ba0,6Sr0,4TiO3 synthétisées par voie supercritique, présentant des propriétés adaptées (Ø<20 nm et εr =260 à 1kHz), ont été ciblées pour lever des verrous technologiques permettant d’atteindre de telles densités surfaciques de capacité. Dans cette étude menée dans un contexte de collaboration franco-canadienne, l’approche de rupture proposée vise au dépôt d’une monocouche reposant sur l’autoassemblage de nanoparticules fonctionnalisées pour favoriser leur adhésion au substrat lors du dépôt par « spin coating» ou «spray coating ». Néanmoins, pour y parvenir, il est nécessaire de disperser de façon optimale ces nanoparticules : en effet à cette échelle, le phénomène spontané d’agglomération est critique. Afin de réduire la taille de tels agglomérats (500nm), les nanoparticules ont été dispersées dans un solvant approprié : méthanol ou eau. Dans les deux cas, les effets de la concentration de la solution et de la puissance de la sonde à ultrasons, sur la dispersion des nanoparticules, ont été examinés. Une sonde à ultrasons est utilisée pour briser les agglomérats. La technique de diffusion dynamique de la lumière (DLS) a permis de suivre l’évolution de la taille de ces derniers. Le procédé de prélèvement en solution a également été optimisé. Dans le cas de la dispersion dans le méthanol, l’exposition aux ultrasons (puissance = 100 W – pulse 1s /3s) de solutions concentrées (C ≥ 0,1 g / L) pendant 10 min, donne lieu à des agglomérats constitués de 3-5 nanoparticules (60 ± 10 nm). Dans le second cas, la mesure du potentiel zêta permet d'accéder aux conditions de pH pour lesquelles la dispersion des particules de Ba0,6Sr0,4TiO3 est stabilisée.