Créer de minuscules structures sur des surfaces - Participation de l'Empa au projet UE «ELENA»
Dübendorf, St. Gallen und Thun, 12.01.2017 - La nanotechnologie est considérée comme la technologie clé du 21e siècle. Elle fournit les bases pour réaliser des produits d'une taille de quelques nanomètres seulement de n'importe quelle forme: pour des microprocesseurs, et des circuits électroniques dans les ordinateurs, dans la télécommunication, en médecine et en biotechnologie, pour ne citer que quelques-uns des domaines d'application possibles. Afin de développer de nouveaux procédés de fabrication, l'UE finance depuis peu dans le cadre du Réseau de formation Marie Curie le projet «ELENA» (low energy electron-driven chemistry for the advantage of emerging nanofabrication methods). Dans ce projet, l'Empa travaille avec 13 universités, trois autres instituts de recherche et cinq entreprises de 13 pays.
L'objectif de ce grand projet est de former la relève scientifique européenne dans le domaine de la nanotechnologie. Ces jeunes scientifiques doivent fournir des impulsions pour la recherche et ses applications commerciales afin de renforcer la compétitivité de l'Europe. A ce réseau, dirigé par Oddur Ingólfsson de l'Université islandaise de Reykjavik, participe aussi l'Empa avec Ivo Utke du Laboratoire mécanique pour les matériaux et les nanostructures à Thoune. Dans le cadre du projet antérieur, le Réseau d'action «CELINA» (Chemistry for electron-induced nanofabrication), l'Empa avait déjà collaboré étroitement avec quelques-unes des université qui participent aussi à ce nouveau projet. Le but était alors d'étudier dans un microscope électronique à balayage au moyen d'un système d'injection développé à cet effet dans quelle mesure des substances de départ peu volatiles étaient adaptées pour une impression directe avec des faisceaux d'électrons focalisés.
L'UE met à disposition pour les quatre prochaines années un montant de quatre millions d'euros pour ELENA. Deux procédés ultramodernes de la nanotechnologie sont au centre de ce projet: la déposition induite par les faisceaux d'électrons focalisés (Focused Electron Beam Induced Deposition, FEBID) et la lithographie en extrême ultraviolet (EUVL).
Créer des structures tridimensionnelles d'une finesse extrême
Le procédé FEBID utilise des faisceaux d'électrons focalisés extrêmement fins pour créer sur des surfaces des structures tridimensionnelles de n'importe quelle forme souhaitée, par exemple sur des plaquettes de silicium à partir desquelles sont réalisées les puces électroniques. Ces structures sont produites par une sorte de fabrication additive. Pour cela des molécules précurseurs gazeuses sont apportées en continu sur la surface où elles sont adsorbées, le faisceau d'électrons les décompose et dépose sur la surface les composants solides désirés. Ce procédé nécessite des molécules précurseur renfermant des composants qui sont libérés par le rayonnement électronique et qui produisent le matériau solide de composition voulue.
Imprimer des matériaux fonctionnels
Dans le projet ELENA, les scientifiques des matériaux, les chimistes et les physiciens développent et testent ensemble des molécules appropriées pour le procédé FEBID. L'Empa étudie ce procédé depuis environ dix ans et elle l'a déjà été utilisé pour réaliser des capteurs magnétiques présentant une résolution magnétique latérale extrêmement élevée. Pour cela, les chercheurs de l'Empa ont utilisé du carbonyle de cobalt Co2(CO)8 comme molécule précurseurs avec lequel quel ils ont déposés entre plusieurs électrodes d'or du cobalt granulaire dans une matrice de carbone sur une couche d'oxyde de silicium. Une autre application a été réalisée dans le domaine de la nanophotonique: le précurseur était ici une molécule de complexe d'or Me2Au(tfa) qui a permis de réaliser de manière minimalement invasive une grille optique sur un laser à cavité verticale émettant par la surface.
Le procédé EUVL permet lui aussi de réaliser des structures extrêmement fines, mais toutefois bidimensionnelles, sur des surfaces. Ce procédé nécessite également des matériaux spécialement adaptés, ici de minces couches de «photolaque». En exposant à travers un masque adéquat cette laque à l'extrême ultraviolet il est alors possible de produire efficacement et avec une précision élevée les structures désirées.
De nouvelles molécules pour la déposition de métaux purs avec la FEBID et de nouvelles photolaques sont au centre des activités de recherche que mènent au total 15 doctorants de haut niveau dans le projet ELENA. Le groupe de Ivo Utkes, avec 2 postdoctorants et 3 doctorants, se consacre à l'étude du contrôle de la déposition des composants solides des molécules adsorbées en fonction de l'intensité du faisceau d'électron et du flux de molécules précurseur.
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Dr. Ivo Utke, Mécanique des matériaux et nanostructures, tél. +41 58 765 62 57, ivo.utke@empa.ch
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Laboratoire fédéral d'essai des matériaux et de recherche
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