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Nanoglue pour l'électronique
Des chercheurs du Rensselaer Polytechnic Institute, à Troy, NY, ont découvert que certaines molécules organiques d'un nanomètre de long peuvent lier deux surfaces qui normalement ne collent pas bien ensemble. Étonnamment, le pouvoir adhésif augmente lorsque la nanocolle est exposée à des températures très élevées.
Nano superglue : Les molécules organiques constituées d'une chaîne d'atomes de carbone et d'hydrogène avec du soufre (bleu) à une extrémité et du silicium (vert) à l'autre maintiennent ensemble le cuivre et le dioxyde de silicium. Les molécules s'organisent et s'alignent les unes à côté des autres, et leur force adhésive augmente à des températures très élevées allant jusqu'à 700 ºC.
Les molécules pourraient être utilisées comme colle peu coûteuse et facile à appliquer dans une variété d'applications. Par exemple, la colle de l'épaisseur du nanomètre pourrait être utilisée pour maintenir ensemble de minuscules composants électroniques, alors que les transistors et les fils des puces informatiques continuent de rétrécir, dit Ganapathiraman Ramanath , un professeur de science et d'ingénierie des matériaux qui a dirigé l'étude, qui a été publiée dans La nature La semaine dernière.
La nanocolle, qui appartient à une classe de composés appelés organosilanes, consiste en une chaîne d'atomes de carbone et d'hydrogène avec du soufre à une extrémité et du silicium à l'autre. La chaîne moléculaire se désagrège normalement à des températures supérieures à 300 à 400 ºC. Mais Ramanath et ses collègues ont découvert que lorsqu'ils prennent en sandwich les molécules entre le cuivre et le dioxyde de silicium, les molécules non seulement lient les deux matériaux, mais la liaison se renforce à des températures plus élevées. A température ambiante, la liaison résultante est trois fois plus forte qu'une liaison directe entre le cuivre et la silice. A 700 ºC, la liaison est 10 fois plus forte que la normale.
L'un des avantages de la colle est qu'il en faut peu. Des forces de collage similaires peuvent être obtenues avec des couches adhésives très épaisses mais pas avec des couches aussi minces, explique Ramanath. Puisqu'une seule couche de molécules d'organosilane disposées côte à côte retient le cuivre et la silice, l'épaisseur de la couche adhésive est la longueur d'une seule molécule : près d'un nanomètre. À 35 cents le gramme, la nouvelle colle est abordable. Et cela devrait être facile à appliquer car les molécules ont tendance à s'organiser dans la bonne orientation à la surface comme des soldats, dit Ramanath. Ils se tiennent tous côte à côte et s'alignent assez étroitement.
De plus, les chercheurs s'attendent à pouvoir adapter la nanoglue pour qu'elle adhère à différents matériaux. En attachant des groupes chimiques appropriés aux deux extrémités de la chaîne moléculaire, les chercheurs pourraient concevoir de nouveaux types de molécules d'organosilane pour coller ensemble d'autres matériaux dissemblables, tels que des isolants et des semi-conducteurs, ou du métal et des semi-conducteurs.
La force adhésive croissante de l'organosilane à des températures plus élevées est anormale et contraire aux idées reçues, déclare Om Nalamasu, vice-président et directeur de la technologie chez Matériaux appliqués , basée à Santa Clara, en Californie, qui fournit des équipements de fabrication à l'industrie des semi-conducteurs. Cela pourrait avoir des applications intéressantes et pourrait ouvrir de nouvelles idées et de nouveaux concepts.
Une application importante pourrait être le collage de fils de cuivre qui relient les différents composants sur des puces informatiques. Les fils de cuivre sont déposés sur des couches isolantes de dioxyde de silicium sur une puce informatique pour empêcher les signaux des fils de se mélanger les uns avec les autres. Mais le cuivre ne colle pas étroitement au dioxyde de silicium et les molécules de cuivre se diffusent dans la silice. Il y a un grand besoin d'isoler chimiquement les interfaces, dit Ramanath. Vous ne voulez pas qu'ils se mélangent, mais vous voulez de l'adhérence.
Les fabricants de puces utilisent actuellement des couches d'au moins 10 nanomètres d'épaisseur de matériaux tels que le tantale ou le titane entre le cuivre et le dioxyde de silicium. Mais alors que les tailles des appareils sur les puces informatiques hautes performances plongent dans la plage du nanomètre, la nouvelle nanocolle, qui est 10 fois plus fine, serait un remplacement idéal. Avec une miniaturisation croissante, vous ne pouvez pas vous permettre de gaspiller de l'immobilier pour des choses qui ne font rien d'autre que de garder les choses ensemble, dit Ramanath.