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RÉSUMÉ
Aujourd’hui, les secteurs de l’environnement, de la médecine, de la surveillance ont nécessité de disposer de capteurs intelligents, autonomes, miniaturisés et peu énergivores. Cet article présente la préparation de particules de silicium poreux « encodés » optiquement à l’échelle micrométrique. Ces particules possèdent les propriétés de s’assembler, de s’orienter, de réagir à leur environnement et de communiquer, indifféremment dans l’atmosphère ou dans l’eau. Des limitations restent cependant encore à dépasser, celles de leur spécificité par exemple.
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INTRODUCTION
Les particules de taille micrométrique de silicium poreux sont « encodées » optiquement et peuvent être « programmées » chimiquement pour accomplir des tâches telles que la détection de composés chimiques ou biologiques. Ces particules peuvent être utilisées dans différents domaines comme la médecine, la surveillance de la pollution ou la détection de risques biologiques (bioterrorisme), dans l’atmosphère ou dans l’eau.
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« Encodage optique » des microparticules de silicium poreux2. Préparation et propriétés des microparticules de silicium poreux
2.1 Préparation du silicium poreux
Le silicium poreux est préparé par gravure électrochimique de wafer de silicium monocristallin. Dans cette réaction, le silicium cristallin est attaqué par une solution aqueuse contenant de l’acide fluorhydrique et de l’éthanol. Cette préparation est réalisée dans une cellule en téflon présentée sur la figure 1.
Ce procédé de gravure électrochimique permet de « perforer » les wafers de silicium, générant des canaux interconnectés de taille nanométrique, orientés selon la direction cristallographique <100>, (dans notre cas) du silicium cristallin (figure 2). L’épaisseur, la porosité et la taille des pores de la couche poreuse obtenue sont parfaitement contrôlées. Le diamètre moyen des pores obtenus peut varier de quelques nanomètres à plusieurs micromètres lorsque l’on ajuste le courant électrochimique appliqué, la concentration en électrolyte ou le niveau de dopage du silicium de départ.
MEB : microscopie électronique à balayage
HAUT DE PAGE2.2 Miniaturisation du film de silicium poreux en microparticules de silicium poreux
Les particules de taille micrométrique de silicium poreux sont obtenues en deux étapes (figure 3). Dans un premier temps, le film poreux de silicium est retiré de son substrat monocristallin. Cette étape est réalisée en appliquant un courant d’électrodissolution qui permet de dissocier complètement de son substrat la couche poreuse de silicium préalablement formée. Ensuite le film de silicium poreux, désolidarisé de son substrat, est cassé en petites particules de taille micrométrique par ultrasonication.
HAUT DE PAGE2.3 Propriétés et intérêt du silicium poreux pour le développement de capteurs
Le silicium poreux, comme nous l’avons vu au paragraphe précédent, est un matériau nanostructuré dont les caractéristiques structurales bien contrôlées (taille des pores,...
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