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Dessiner des circuits avec des stylos nano
La demande pour une électronique toujours plus rapide et moins chère pousse la norme des techniques de fabrication basées sur la lithographie dans l'industrie des semi-conducteurs à ses limites. Les chercheurs rapportent maintenant une technique de lithographie rapide et bon marché qui utilise des réseaux de nano-stylos polymères flexibles pour modéliser avec précision des millions de structures complexes en parallèle. La technique, que les chercheurs ont utilisée pour créer un circuit intégré (et des versions lilliputiennes du logo des Jeux olympiques), peut être utilisée pour créer des lignes dont la taille varie de quelques nanomètres à quelques millimètres d'épaisseur.
Stylo nano olympique : Ces 15 000 répliques en or du logo des Jeux olympiques (en haut) ont été créées à l'aide d'une nouvelle technique de lithographie qui repose sur de grands réseaux de nano-stylos polymères écrivant en parallèle. L'image du bas montre les logos en gros plan, et l'encart zoome davantage sur le e à Pékin, montrant que son trait inférieur ne mesure que 90 nanomètres de large. Le logo de l'homme qui court fait 36 micromètres de haut. Ces images, prises avec un microscope électronique à balayage, démontrent la gamme de tailles de caractéristiques qui peuvent être réalisées avec la technique.
La technique, mise au point par Tchad Mirkin , chimiste à l'Université Northwestern et directeur de l'Institut international de nanotechnologie, utilise des matrices de stylos polymères en forme de pyramide dont les pointes sont plongées dans des solutions de produits chimiques pouvant contenir presque n'importe quelle molécule, y compris des protéines et des acides ; les stylos sont ensuite tracés sur une surface par un bras mécanique pour créer des millions de structures en parallèle. La largeur des lignes tracées par chaque stylo peut être soigneusement contrôlée en faisant varier la force exercée sur les pointes flexibles du stylo. Parce que les stylos de Mirkin tracent des dessins programmés par un logiciel informatique, ils peuvent rapidement basculer entre des dessins complexes, rendant possible la création de motifs complexes dont les caractéristiques sont très proches les unes des autres.
Mirkin a utilisé les stylos pour modeler de l'acide sur une plaquette de silicium recouverte d'or ; il a ensuite gravé, sur la base du motif, un circuit intégré en or. La lithographie au stylo polymère est également prometteuse pour la structuration de molécules biologiques. En effet, dit Mirkin, la technique pourrait fonctionner avec presque toutes les encres moléculaires, y compris les protéines pour capturer et étudier les cellules. Les tableaux de stylos en polymère coûtent moins d'un dollar chacun à fabriquer.
La lithographie au stylo polymère est une amélioration par rapport à la lithographie au stylo plongeant, une technique que Mirkin développe depuis 1999. La lithographie au stylo plongeant utilise des réseaux de sondes pointues et rigides en porte-à-faux, les mêmes que celles utilisées pour la microscopie à force atomique. Mirkin a créé une société, NanoEncre , pour commercialiser la technologie. Mais, reconnaît-il, son utilité ultime a été limitée par des problèmes de débit, de coût et de complexité. La taille de ses traits moléculaires a été limitée à une plage relativement étroite, les porte-à-faux sont sujets à la rupture et le nombre de structures pouvant être réalisées en parallèle est limité.
Multimédia
Regardez la lithographie au crayon en action.
Si cela fonctionne, dit Grant Willson , ingénieur à l'Université du Texas à Austin, il accélérera le processus de structuration des structures avec des nano-stylos. La nouvelle version de la lithographie au crayon pourrait rendre la technologie beaucoup plus pratique commercialement. Mais la technique de Mirkin sera en compétition dans un domaine encombré, note Willson. Les chercheurs visant à emballer des circuits avec des fonctionnalités toujours plus petites pour des puces toujours plus rapides adoptent de nombreuses approches de nanofabrication différentes. Certains, par exemple, créent des antennes optiques pour concentrer la lumière en de très petits faisceaux afin d'étendre les capacités de la photolithographie. D'autres se sont tournés vers des faisceaux d'électrons ou d'ions, ou utilisent Chauffer déformation pour former des motifs.
Harald Fuchs , directeur de l'Interface Physics Group à l'Université de Münster, en Allemagne, affirme que le principal avantage de la technique de Mirkin par rapport aux autres méthodes de nanofabrication est la précision et la flexibilité. Les stylos pourraient être utilisés pour écrire un motif dans une encre moléculaire, être trempés dans une autre, puis écrire une autre couche. Pour créer des motifs encore plus complexes, explique Fuchs, chaque pointe de stylo pourrait être trempée dans une encre différente.
Mirkin dit que Northwestern discute avec des entreprises, y compris sa propre NanoInk, de la commercialisation de la lithographie au stylo polymère. La technique, dit-il, rendra la technologie du stylo dip accessible à un grand nombre de personnes.