Cette image au microscope électronique montre un médaillon doré de l'Université de l'Utah - l'un des nombreux symboles et logos officiels de l'université - qui ne mesure que 70 microns de diamètre, qui correspond à peu près au diamètre d'un seul cheveu blond. Le médaillon est grossi 3, 000 fois dans cette image. Les parties dorées du médaillon apparaissent blanches, tandis que le fond de silicium est sombre. Le médaillon a été fabriqué à l'aide d'un procédé appelé lithographie par faisceau d'électrons. Il a été créé par Randy Polson, ingénieur optique senior au département de physique et d'astronomie de l'université, dans le cadre de son travail d'ajustement du microscope à l'usage des chercheurs et des entreprises privées. Crédit photo :Randy Polson, L'université de l'Utah
Dans un exemple de la façon dont un fou de technologie affiche l'esprit d'école, un ingénieur a créé un logo doré de l'Université de l'Utah qui est plus petit que la largeur d'un cheveu humain moyen.
La gravure à l'or ne fait que 70 microns de diamètre - c'est 70 millionièmes de mètre, ou moins de trois millièmes de pouce, qui correspond à peu près au diamètre d'un cheveu blond, parmi les types de cheveux humains les plus fins.
La gravure a été réalisée sur une base de silicium à l'aide d'un mince faisceau d'électrons provenant d'un des deux microscopes électroniques achetés par l'université en 2008. Si la technique de la lithographie par faisceau d'électrons n'est pas nouvelle, le symbole du médaillon est plus complexe que les motifs couramment réalisés.
"Les gens font généralement des choses comme des lignes et des rectangles, " dit Randy Polson, qui a fait le petit médaillon et est un ingénieur optique principal pour le département de physique et d'astronomie de l'université. "Le logiciel fourni avec le microscope incluait des démonstrations de figurines. J'ai pensé, 'Hey, Je peux faire mieux qu'un bonhomme allumette.'"
Le médaillon est l'un des nombreux logos officiels utilisés par l'université. Il représente le symbole du bloc U de l'université et la date de fondation, avec un fond de montagnes et de rayons de soleil.
Il est gravé sur une puce de silicium de deux cinquièmes de pouce carré. À l'œil nu, c'est une tache à peine discernable. Sous un microscope optique classique, cela ressemble à un cercle flou. Ses détails complets ne sont révélés que par un microscope électronique à balayage - le même appareil qui a été utilisé pour le créer.
Dans l'image au microscope électronique, les parties dorées paraissent blanches, tandis que le fond de silicium apparaît noir. La ligne la plus fine sur le médaillon encercle le dessin. Cette ligne n'a que 20 nanomètres d'épaisseur. C'est 20 milliardièmes de mètre, ou environ huit dix millionièmes de pouce de large. C'est la longueur de chaîne de 75 atomes d'or, dit Polson.
Les microscopes électroniques à balayage sont le plus souvent utilisés pour visualiser la structure de surface des objets. Le microscope envoie un mince faisceau d'électrons sur l'échantillon, balayage d'avant en arrière sur la surface.
Le mode d'imagerie le plus courant détecte les « électrons secondaires » libérés par les atomes du spécimen par le biais de réactions avec le faisceau d'électrons. Les échantillons au microscope électronique qui ont servi à créer le médaillon doivent être secs, mais l'autre microscope électronique du département peut analyser des échantillons humides - une fonctionnalité utile pour la recherche biologique.
Les microscopes électroniques peuvent créer des gravures à l'aide de la lithographie par faisceau d'électrons, car les faisceaux d'électrons cassent certaines grosses molécules en chaînes plus courtes de molécules plus petites.
Pour créer le petit médaillon de l'Université de l'Utah, Polson a d'abord recouvert la puce de silicium d'une fine couche de "résine photosensible, " une résine polymère constituée de longues chaînes de molécules. Il a ensuite focalisé le faisceau d'électrons sur la surface de la réserve, briser les chaînes en petits fragments partout où il voulait que le métal adhère.
Il a plongé la puce exposée dans un solvant qui a lavé les chaînes courtes et laissé les longues collées au silicium. Ensuite, il a doré la surface exposée - où les chaînes courtes avaient été retirées - en plaçant la puce dans une chambre de métal vaporisé. Là, du nickel a été déposé sur le silicium exposé, puis une couche d'or a été placée sur le nickel. Polson a utilisé un autre solvant pour éliminer la résine photosensible restante.
Le processus a pris environ une heure. Cependant, le gros du projet consistait à ajuster et affiner les réglages du microscope, partie du travail de Polson pour rendre le microscope disponible pour la recherche. Il a fallu des mois à Polson pour calibrer le microscope et déterminer exactement quelles instructions lui donner afin d'obtenir une image nette du médaillon de l'université.
Les défis comprenaient la détermination de la durée d'exposition de la résistance - trop courte et pas assez de résistance au lavage, trop long et l'image semble floue - et en ajustant la forme du faisceau d'électrons, qui a tendance à être elliptique au lieu d'être rond.
En plus de l'entretien du microscope, Polson accompagne les chercheurs universitaires et privés qui souhaitent l'utiliser contre rémunération. Les gens demandent son aide avec la fonction de lithographie pour des tâches telles que la fabrication de nanofils et d'autres composants pour la nanoélectronique. Les capacités d'imagerie sont utilisées dans des industries aussi diverses que l'ingénierie pharmaceutique et métallurgique.
