Un capteur magnétique écrit de manière additive avec un faisceau d'électrons focalisé et des molécules de Co2(CO)8, situé entre quatre électrodes en or préalablement structurées. Le capteur peut prendre n'importe quelle forme requise en déplaçant le substrat ou en ajustant le temps de séjour du faisceau d'électrons. Crédit :Laboratoires fédéraux suisses pour la science et la technologie des matériaux
La nanotechnologie est considérée comme la technologie clé du 21e siècle, fournir les méthodes fondamentales, qui permettent de produire des objets de quelques centaines de nanomètres dans n'importe quelle forme. Ces objets trouvent des applications pratiquement partout - que ce soit pour les microprocesseurs et les circuits électriques des ordinateurs, dans le secteur des télécommunications, ou en médecine et biotechnologie - pour n'en nommer que quelques-uns. Afin d'encourager le développement de nouveaux procédés de fabrication, l'UE a récemment créé le réseau de formation Marie Curie "ELENA" (chimie électronique à basse énergie au service des méthodes émergentes de nanofabrication). L'Empa est l'un des partenaires du projet, avec 13 universités, trois instituts de recherche et cinq partenaires industriels, provenant d'un total de 13 pays.
L'objectif de ce projet à grande échelle est de former de jeunes scientifiques européens dans le domaine des nanotechnologies afin qu'ils puissent générer les idées innovantes nécessaires à la poursuite de la recherche et de l'exploitation scientifique, améliorant ainsi la compétitivité internationale de l'Europe. Le réseau est dirigé par Oddur Ingólfsson de l'université islandaise de Reykjavík, Le représentant de l'Empa est Ivo Utke du laboratoire de mécanique des matériaux et nanostructures de Thoune.
L'Empa était déjà impliquée dans le projet antérieur à "ELENA", le Réseau COST-Action "CELINA" (chimie pour la nanofabrication induite par électrons), où il a travaillé en étroite collaboration avec certaines des universités qui participent maintenant au projet actuel. L'objectif de "CELINA" était d'étudier l'adéquation de matériaux à faible volatilité pour une écriture directe avec des faisceaux d'électrons focalisés à l'aide d'un système d'injection de gaz (développé en interne) avec un microscope électronique à balayage.
Au cours des quatre prochaines années, l'UE mettra à disposition environ 4 millions d'euros pour ELENA. Deux procédés nanotechnologiques de pointe sont au centre du réseau :le dépôt induit par faisceau d'électrons focalisé, (FEBID) et Lithographie Ultraviolet Extrême (EUVL).
Écriture de structures extrêmement fines en trois dimensions
FEBID :au sein d'un microscope électronique à balayage, les molécules amenées en continu à un point de la surface sont localement décomposées par un faisceau d'électrons focalisé. Cela crée une plate-forme de « fabrication additive » avec une résolution latérale inférieure à 10 nm. Les chercheurs de l'Empa étudient comment contrôler les produits de décomposition. Crédit :Laboratoires fédéraux suisses pour la science et la technologie des matériaux
La technique FEBID utilise un faisceau d'électrons extrêmement finement focalisé. Ceci est utilisé pour "écrire" des structures tridimensionnelles de toute forme requise sur une surface, telles que les plaquettes de silicium à partir desquelles les puces informatiques sont fabriquées. Les structures sont créées par une forme de "Fabrication Additive", en ce que les molécules absorbantes, qui alimentent en continu la surface en question, sont ensuite brisés par un faisceau d'électrons, à la suite de quoi certaines parties de la molécule sont déposées localement sur le substrat. Le processus nécessite l'utilisation de molécules contenant les composants nécessaires - ceux-ci sont ensuite libérés par le faisceau d'électrons pour créer la composition de matériau requise sur le substrat.
Impression de matériaux fonctionnels
Au cours du projet ELENA, les scientifiques des matériaux, chimistes et physiciens travailleront ensemble pour développer et tester des molécules adaptées à la technique FEBID. Ce procédé fait l'objet de recherches à l'Empa depuis une dizaine d'années et a déjà été appliqué avec succès à l'écriture de capteurs magnétiques avec la résolution magnétique latérale la plus élevée. Pour cela, les chercheurs de l'Empa ont utilisé la molécule Co2(CO)8, ce qui leur a permis d'écrire un composé de cobalt granulaire avec des propriétés magnétiques spéciales dans une matrice contenant du carbone sur une couche d'oxyde de silicium entre plusieurs électrodes d'or. Une autre application a été réalisée dans le domaine de la nanophotonique :la substance initiale, l'or Me2Au(tfa) a été utilisé pour écrire un réseau optique sur un laser à émission de surface à cavité verticale d'une manière minimalement invasive.
La technique EUVL imprime également des structures extrêmement fines sur des surfaces, bien qu'il soit limité à deux dimensions. Des matériaux spécialement adaptés sont également nécessaires au bon fonctionnement de ce procédé, dans ce cas, des films minces appelés photoresists. Lorsque ces films sont irradiés avec la lumière EUV de la manière appropriée, ils créent efficacement et précisément les structures requises.
La recherche de nouvelles molécules pour l'écriture additive sur métaux purs à l'aide de FEBID, et de nouvelles résines photosensibles pour EUVL sont au centre des efforts de recherche d'un total de 15 doctorants exceptionnels travaillant sur le projet ELENA. le groupe d'Ivo Utke, avec deux post-doctorants et trois doctorants, teste des voies possibles pour contrôler les composants déposés de la molécule absorbante en fonction de l'intensité des faisceaux d'électrons et des flux de molécules dans un microscope électronique à balayage.
