Le silicium est le cheval de bataille de l'industrie électronique, servant de matériau de base pour les minuscules transistors qui permettent aux horloges numériques de faire tic tac et aux ordinateurs de calculer. Maintenant, les scientifiques ont réussi à créer du silicium presque atomiquement plat, de l'orientation utilisée par l'industrie électronique, dans une réaction à température ambiante. Le silicium plat pourrait un jour servir de base à de nouveaux capteurs biologiques et chimiques. Les chercheurs présenteront leurs travaux au 59ème Symposium International et Exposition AVS, tenue du 28 octobre au 2 novembre à Tampa, Floride
« En substance, nous avons réalisé des surfaces de silicium parfaites dans un bécher, " déclare la chef d'équipe Melissa Hines, un chimiste à l'Université Cornell. Les chercheurs avaient déjà fabriqué du silicium parfaitement plat auparavant, mais les travaux antérieurs se sont concentrés sur des surfaces de silicium taillées selon un plan du cristal qui n'est pas utilisé dans l'industrie électronique. L'équipe de Hines a créé les surfaces planes le long de l'orientation cristalline standard de l'industrie.
La création de la première surface quasi atomiquement plate de l'équipe a été une surprise. Il était largement admis que le processus de dissolution utilisé par l'équipe pour nettoyer le silicium laissait rugueux, surfaces bosselées. Hines travaillait sur un article de synthèse et avait demandé à l'un de ses étudiants diplômés de prendre une photo de la surface à l'aide d'un instrument appelé microscope à effet tunnel (STM) qui peut imager les surfaces avec des détails au niveau atomique. "Quand nous avons regardé la surface, nous avons réalisé de façon inattendue, 'Hey, cela semble en fait très plat, '" dit Hines.
Les images au microscope ont montré une surface avec des rangées alternées de largeur d'un seul atome. À l'aide d'outils supplémentaires de simulations informatiques et de spectroscopie infrarouge, les chercheurs ont déterminé que les atomes de silicium dans les rangées étaient liés à des atomes d'hydrogène qui agissaient comme une cire, empêchant la surface de réagir davantage une fois qu'elle a été mise en l'air. "Ce que cela signifie, c'est que si vous prenez cette surface parfaitement plane, le retirer des réactifs aqueux, et rincez-le, vous pouvez le laisser traîner à l'air ambiant de l'ordre de 10 à 20 minutes sans qu'il commence à réagir, " dit Hines. " Si vous m'aviez dit en tant qu'étudiant diplômé que vous pourriez avoir une surface propre qui pourrait simplement flotter dans l'air pendant 10 minutes, J'aurais pensé que tu étais fou."
L'équipe pense qu'une partie de la raison pour laquelle leurs surfaces de silicium sont si plates est qu'elles plongent les plaquettes dans et hors de la solution environ toutes les 15 secondes, empêchant les bulles de réaction de s'accumuler et de provoquer une gravure inégale. Cependant, ils attribuent également les images STM pour les avoir aidés à réaliser à quel point les surfaces étaient plates. L'équipe a construit les informations des images en utilisant des simulations informatiques et d'autres outils pour révéler les étapes exactes de la réaction chimique qui ont eu lieu en solution. "Expérimentalement, c'est une expérience très simple :vous prenez un morceau de silicium, vous le faites tourbillonner dans un bécher avec une solution, puis vous le sortez et le regardez. Pour être honnête, il n'y a aucune raison de penser que les Bell Labs n'ont pas fait une surface aussi bonne que la nôtre il y a vingt ans, mais ils ne l'ont pas regardé avec STM, donc ils ne savaient pas, " dit Hines.
L'équipe de Hines travaille maintenant sur l'ajout de molécules à la surface atomiquement lisse, surface de silicium à terminaison hydrogène dans l'espoir de construire de nouveaux capteurs chimiques ou biologiques. "À ce point, Je ne peux pas vous dire exactement comment nous allons y parvenir, mais nous avons des résultats prometteurs et espérons pouvoir en faire rapport plus bientôt, " dit Hines.
