Techniques de production industrielle des nanocomposants : L'empreinte de Gutenberg

En l'an 2000 sera commémoré le 600e anniversaire de la naissance de Gutenberg. Or, la célèbre invention de cet illustre citoyen de Mayence donne aujourd'hui de nouvelles impulsions à des procédés de haute technologie. Des procédés qui ne concernent plus la diffusion des textes écrits - nous vivons à l'ère de l'informatique et des multimédias ! - mais la multiplication de minuscules composants électroniques et optiques.
Un groupe de recherche de l'Institut Paul Scherrer (PSI) est ainsi parvenu à reproduire des structures inférieures au dixième de micron par gaufrage et par coulage par injection.
La photolithographie, procédé standard pour la fabrication des circuits microélectroniques, ne permet pas d'obtenir des motifs aussi fins. Le groupe du PSI, qui bénéficie du soutien du Fonds national suisse de la recherche scientifique dans le cadre du programme national de recherche " Nanosciences " (PRN 36), a bénéficié d'une collaboration avec la haute école spécialisée du canton d'Argovie et avec un partenaire industriel. Les deux méthodes sont prometteuses pour produire, en grandes séries et à peu de frais, des composants de quelques dizaines de nanomètres, destinés par exemple à des capteurs minuscules et à des mémoires très compactes. Gaufrage et coulage par injection
Les deux procédés recourent à une sorte de tampon - une plaquette sur laquelle les motifs minuscules sont définis au moyen d'un faisceau d'électrons puis gravés par attaque chimique. Ce tampon est utilisé ensuite à la manière d'un sceau dont les fines structures peuvent être reportées sur une couche de polymère.
La différence entre les deux procédés tient essentiellement à la méthode utilisée pour effectuer ce report. Dans le cas du gaufrage, le tampon est pressé contre la couche de polymère préalablement ramollie par chauffage. Les motifs de l'empreinte ainsi obtenue " ne sont pas beaucoup plus grands que les molécules du polymère - des sortes de pelotes cent mille fois plus petites qu'un grain de sable ", explique le responsable du projet, Helmut Schift, adjoint micro et nanostructures du PSI. " Pourtant, nous n'avons constaté aucun effet dû à ces molécules d'environ 10 nanomètres de diamètre, ajoute Jen Gobrecht, le directeur du laboratoire. C'est une surprise ! Le polymère se laisse mettre en forme comme un fluide visqueux. "
Pour le second procédé, le tampon est placé dans un moule dans lequel on injecte le polymère sous pression. Cette technique, connue sous le nom de coulage par injection, a également permis de reproduire des structures de quelques dizaines de nanomètres seulement. Et rien n'indique, dans ce cas également, que le polymère fondu ne puisse pas être structuré en motifs encore plus petits.

Supermémoire en vue. L'équipe du PSI a réussi un premier pas en direction des applications, en collaboration avec la haute école spécialisée du canton d'Argovie et la société AWM à Muri (AG). En recourant au coulage par injection, cette entreprise a fabriqué un minidisque en polymère de 8 centimètres de diamètre, portant à sa surface un réseau dont les mailles ne mesurent que 160 nanomètres. Si ces mailles étaient définies comme autant de bits de données numériques, on obtiendrait un support d'informations ayant une densité de stockage au moins vingt-cinq fois supérieure à celle des actuels disques compacts.
" Toutefois, une technologie pour lire cette information stockée de façon très dense fait encore défaut actuellement ", relèvent les chercheurs. Un rayon laser, tel qu'il est utilisé pour lire les actuels CD, serait trop " grossier ". On se heurte ici à une frontière de la nature physique de la lumière: celle-ci ne permet pas de discerner ou de reproduire des détails de taille nettement inférieure à sa longueur d'onde. C'est aussi la raison pour laquelle la photolithographie touche aujourd'hui à ses limites, en permettant de fabriquer des circuits dont les éléments de structure mesurent à peine 0,2 micromètre. Cette limite n'existe ni pour le gaufrage, ni pour le coulage par injection, puisque ces techniques ne recourent pas à la lumière.

Technologie basée sur des techniques éprouvées. Les chercheurs tirent un parallèle entre leurs procédés et l'imprimerie. La découverte de Gutenberg s'appuyait sur des techniques éprouvées : la fusion des métaux et le pressage. Ainsi, l'imprimerie a connu une diffusion très rapide. Les chercheurs du PSI sont aussi partis de techniques connues pour développer leurs procédés. Cela devrait faciliter le transfert de ces derniers dans l'industrie.

Renseignement sur le programme :
Helmut Schift, Labor für Mikro-und Paul Scherrer Institut,
5232 Villign-PSI
Tél. 056 310 28 39
Fax. 056 310 26 46
e-mail : schift@psi.ch
http://www.psi.ch/lmn