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La nano-impression devient grande
Une technique d'impression qui pourrait éliminer des caractéristiques de quelques dizaines de nanomètres à l'échelle industrielle sort enfin du laboratoire. Le nouveau système de lithographie par nanoimpression rouleau à rouleau pourrait être utilisé pour produire à moindre coût et efficacement des films optiques à nano-motifs afin d'améliorer les performances des écrans et des cellules solaires.
Nano presse : Cette feuille de plastique de 10 x 30 centimètres (en haut) a été modelée avec une série de lignes de polymère à l'échelle nanométrique en utilisant la lithographie par nanoimpression rouleau à rouleau (en bas). Le film est irisé en raison de la façon dont ses caractéristiques à l'échelle nanométrique diffusent la lumière.
La lithographie par nanoimpression utilise la force mécanique pour presser un motif à l'échelle nanométrique et peut créer des caractéristiques beaucoup plus petites que la lithographie optique, qui atteint ses limites physiques. La technique a été développée comme un outil de miniaturisation des circuits intégrés, et une poignée d'entreprises, dont Empreintes moléculaires d'Austin, TX, le développent toujours pour cette application.
Jusqu'à présent, cependant, il a été difficile d'étendre de manière fiable la lithographie par nanoimpression. Pour atteindre la résolution nécessaire pour imprimer des transistors, par exemple, il est nécessaire d'utiliser un tampon plat de quelques centimètres carrés et qui doit être déplacé à plusieurs reprises sur une surface. Ce n'est pas pratique lors de l'impression de films de grande surface pour de nombreuses autres applications. Les écrans et les cellules solaires nécessitent d'imprimer sur une zone beaucoup plus grande, puis de les découper en feuilles, explique Jay Guo , professeur agrégé de génie électrique et d'informatique à l'Université du Michigan. Vous devez le faire de façon continue.
Pour résoudre ce problème, Guo a développé un tampon qui peut être utilisé pour la nanoimpression roll-to-roll sur de grandes surfaces. Son installation utilise un moule en polymère enroulé autour d'un cylindre roulant pour presser un motif dans un matériau appelé résine qui repose sur un support en verre rigide ou en polymère. Pour réaliser le composant fini, le motif est ensuite fixé par un flash de lumière ultraviolette. Le processus, décrit dans le journal ACS Nano , peut être fait en continu à une vitesse d'un mètre par minute, et Guo dit qu'il l'a utilisé pour imprimer des caractéristiques aussi petites que 50 nanomètres sur une zone de six pouces de large. Cette résolution n'est pas suffisante pour fabriquer des circuits intégrés, mais elle est suffisante pour imprimer des dispositifs optiques tels que des concentrateurs de lumière et des réseaux.
Ce n'est pas la première fois que l'impression roll-to-roll est explorée pour la lithographie par nanoimpression. Mais Yong Chen , professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université de Californie à Los Angeles, affirme que le groupe du Michigan a rendu ce processus plus fiable avec une densité de défauts plus faible.
À première vue, la nouvelle imprimante roll-to-roll ressemble à une presse à imprimer de journaux, mais elle est beaucoup plus complexe. La qualité du nano-produit final dépend de l'obtention du bon équilibre de propriétés dans les matériaux d'impression. Le silicium et d'autres matériaux rigides utilisés pour fabriquer des tampons de lithographie nanoimprimés normaux ne peuvent pas être enroulés autour d'un cylindre. Guo a donc sélectionné un polymère suffisamment rigide pour fonctionner comme un tampon fiable, mais également suffisamment souple pour s'enrouler autour des rouleaux de l'imprimante. La résine finie doit également adhérer au substrat sans être trop visqueuse, et elle doit durcir rapidement sans rétrécir.
Ce travail est une avancée industrielle importante, qui devrait [permettre] une application plus large de la nanoimpression, selon Stéphane Chou , professeur de génie électrique à l'Université de Princeton et pionnier de la lithographie par nanoimpression depuis la fin des années 1990.
Le processus développé par le groupe de Guo pourrait être utilisé pour fabriquer des dispositifs nanophotoniques à grande échelle et de l'électronique imprimée haute performance, ajoute Ali Javey , professeur adjoint de génie électrique et d'informatique à l'Université de Californie à Berkeley. Cependant, Javey, qui développe des méthodes d'impression au rouleau pour les matériaux électroniques tels que les nanofils de silicium, prévient que la longévité des moules doit être résolue avant que la technique ne soit susceptible d'être largement adoptée par l'industrie. Ce serait très intéressant si le moule ne devait pas être remplacé souvent, afin de rendre le processus aussi continu que possible, dit Javey.
Les chercheurs du Michigan travailleront à réduire la résolution obtenue par la technique et à la développer pour la fabrication. Guo dit que son groupe travaille avec des entreprises qui souhaitent utiliser le processus d'impression pour leurs produits. C'est une technique de base qui peut être utilisée pour faire beaucoup de choses, dit-il.