Des chercheurs japonais ont réussi à fabriquer par lots des structures suspendues (cantilevers et ponts) de diamant monocristallin pour des systèmes nano/micro électromécaniques.

Dr Meiyong Liao, un chercheur principal du Sensor Materials Center, Institut national des sciences des matériaux, coopéré avec ses collègues, a réussi la fabrication par lots de structures suspendues (cantilevers et ponts) de diamant monocristallin pour des systèmes nano/micro électromécaniques (NEMS/MEMS). Sur la base de ce processus, ils ont réalisé au monde le premier commutateur NEMS monocristallin en diamant.

Le commutateur NEMS présente les avantages d'un courant de faible fuite, faible consommation d'énergie et rapport marche/arrêt élevé par rapport aux dispositifs à semi-conducteurs conventionnels. La plupart des commutateurs NEMS/MEMS existants sont à base de silicium ou de matériaux métalliques, qui présentent les inconvénients d'une mauvaise mécanique, chimique, et stabilité thermique, mauvaise fiabilité et durabilité. Le diamant est le matériau idéal pour NEMS/MEMS en raison du module d'élasticité le plus élevé, dureté mécanique, conductivité thermique, et une conductivité électrique variable de l'isolant au conducteur. Cependant, en raison de la difficulté à fabriquer des structures suspendues de diamant monocristallin, le développement de dispositifs NEMS/MEMS en diamant monocristallin a été un défi.

L'équipe de recherche NIMS a développé un procédé de fabrication de structures de diamant monocristallin suspendues en formant localement une couche sacrificielle de graphite dans un substrat de diamant monocristallin par implantation ionique à haute énergie, suivi de la croissance d'une épicouche de diamant à conductivité électrique par la méthode de dépôt chimique en phase vapeur par plasma micro-ondes (MPCVD) et l'élimination de la couche sacrificielle de graphite. Dans le cadre du développement ultérieur de cette technique, le groupe a également réussi pour la première fois à fabriquer des dispositifs de commutation NEMS avec une structure de type transistor comprenant 3 électrodes.

Le courant de fuite du commutateur NEMS diamant développé est très faible, et la consommation électrique est inférieure à 10pW (picowatt). Les appareils présentent une reproductibilité élevée, haute fiabilité et aucune adhérence de surface. Le fonctionnement stable du commutateur NEMS en diamant dans un environnement à haute température (250 °C) a également été confirmé. Le module de Young de la structure mobile en porte-à-faux a été mesuré à 1100GPa, ce qui est proche de la valeur des monocristaux de diamant en vrac. Ainsi, une opération de commutation à grande vitesse (gigahertz) peut être attendue.

En comparaison avec les commutateurs MEMS existants, les commutateurs Diamond NEMS devraient afficher des fonctions considérablement améliorées, y compris la fiabilité, durée de vie, la vitesse, et la capacité de manutention électrique, etc. Les dispositifs développés peuvent être utilisés comme commutateurs hyperfréquences pour les communications sans fil et les circuits logiques de nouvelle génération dans des environnements difficiles. Ces résultats de recherche établissent également l'infrastructure pour le diamant NEMS/MEMS avec de nouvelles fonctions, ouvrant la voie au développement de divers produits chimiques, physique, et capteurs mécaniques.