Une astuce difficile pour la nano-manipulation

IBM Laboratoire de recherche de Zurich —où plusieurs outils de microscopie révolutionnaires ont été inventés—a créé un nouveau revêtement résistant pour la pointe d'un microscope à force atomique (AFM), un dispositif qui peut être utilisé pour capturer des images à l'échelle nanométrique lorsque la pointe est passée sur une surface à l'extrémité de un porte-à-faux microscopique. Le revêtement pourrait élargir la gamme des façons dont l'AFM peut être utilisé pour inclure la fabrication de masques lithographiques pour la fabrication électronique avec des caractéristiques de 10 nanomètres, au-delà des limites des processus traditionnels tels que la lithographie par faisceau électronique.

Les scientifiques souhaitent depuis longtemps utiliser des pointes atomiques de cette manière, mais il est difficile d'empêcher les pointes en silicium de s'user trop rapidement lorsqu'elles se déplacent sur une surface, explique Mark Lantz, responsable de la recherche sur le stockage au laboratoire de recherche d'IBM à Zurich.

Un moyen courant de rendre les pointes atomiques plus résistantes à l'usure consiste à ajouter un revêtement en diamant. Mais le diamant est étonnamment instable, dit Lantz. Il brûle lorsqu'il est chauffé à environ 400 °C, ce qui est peu pratique pour certaines utilisations. IBM avait à l'origine mis le cap sur l'utilisation de matrices chauffées de pointes pour graver des noyaux dans des substrats polymères minces comme moyen de stocker la mémoire numérique - un concept connu sous le nom de mémoire de mille-pattes . IBM ne recherche plus la mémoire mille-pattes en tant que technologie grand public, bien qu'elle espère l'adapter aux systèmes de stockage d'archives ou à l'imagerie biologique à grande vitesse des processus subcellulaires.

Les chercheurs d'IBM appliquent une couche de carbure de silicium, un matériau légèrement plus doux que le diamant mais qui ne brûle pas lorsqu'il est chauffé. Le carbure de silicium a une température de fusion extrêmement élevée, donc même à 1 400 °C, il conserve toujours sa résistance, explique Lantz.

L'équipe a mis au point un nouveau procédé pour créer le revêtement de carbure de silicium. Il a été développé en collaboration avec Robert Carpick et ses collègues de l'Université de Pennsylvanie et Kumar Sridharan et ses collègues de l'Université du Wisconsin. Les détails des travaux ont été publiés hier dans le journal Matériaux fonctionnels avancés .

Le processus consiste à implanter des ions carbone dans une pointe en l'entourant de plasma contenant les ions carbone, puis à appliquer une haute tension entre le plasma et la pointe, provoquant l'incrustation des ions dans sa surface. Ensuite, la pointe est chauffée à 1 100 °C, une température suffisante pour faire réagir les ions carbone avec les atomes de silicium à proximité pour former une fine couche de carbure de silicium. L'épaisseur du revêtement est d'environ 15 à 18 nanomètres, et au sommet même de la pointe, où les dimensions deviennent inférieures à cela, les 30 derniers nanomètres de la pointe, ne sont que du carbure de silicium pur, explique Lantz.

Tchad Mirkin , directeur de l'Institut international de nanotechnologie de la Northwestern University, déclare qu'en général, et pour des tâches telles que le stockage en mémoire, le plus gros problème qui limite l'utilité est la vitesse. Mais il ajoute que l'utilisation d'un AFM pour fabriquer un masque lithographique aurait du sens, car la vitesse n'est pas aussi importante.

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