LE CONTENU DU DVD (2)

Les outils d'observation et de fabrication

Les nanosciences s'appuient sur de nouveaux outils d'observation et de fabrication. Au delà du microscope optique, les microscopes électroniques et les microscopes à sonde locale ont permis d'augmenter considérablement la résolution. On peut désormais voir les atomes et même les manipuler individuellement avec les pointes de ces nouveaux microscopes. Parallèlement de nouvelles variantes des techniques de lithographie (lithographie extrême ultraviolet, lithographie électronique, nano-impression) repoussent sans cesse la précision de fabrication des nanostructures.

 

Microscopes électroniques (12 min.)

A côté des microscopes à sonde locale, les microscopes les plus utilisés en nanosciences sont les microscopes électroniques...

Ils remplacent le faisceau de lumière des microscopes optiques par un faisceau d'électrons. Il existe deux types de microscopes électroniques. Le microscope à balayage explore la surface de l'échantillon avec un faisceau très fin d'électrons et on détecte les électrons réémis par l'échantillon. La résolution est d'environ 1 nm.
Dans un microscope à transmission, le faisceau d'électrons traverse l'échantillon qui doit être relativement mince (de 20 à 200 nm). Cette technique permet de visualiser en volume. Les microscopes à transmission ont une résolution supérieure aux microscopes à balayage (0,17 nm).

Intervenants : Vincent Derycke (CEA) et Jean-Luc Rouvière (CEA)

Microscopes à sonde locale (8 min.)

Les microscopes à sonde locale utilisent non pas un faisceau de particules comme les microscopes optiques et électroniques mais une pointe, la sonde, qui balaie la surface de l'échantillon...
Le microscope à effet tunnel est basé sur le passage d'un courant entre la pointe et le substrat qui doivent donc être conducteurs ou semi-conducteurs. Ce courant est dû à un effet quantique, l'effet tunnel. L'extrémité de la pointe est très fine et le courant ne passe que par un seul atome, celui qui est le plus près de la pointe. On réalise une cartographie des électrons de surface, mais ceux-ci sont localisés au voisinage des atomes et le microscope à effet tunnel permet de "voir" les atomes.
Le microscope à force atomique a été conçu pour compléter le microscope à effet tunnel en permettant l'étude des matériaux isolants. On ne mesure plus un courant mais la force entre la surface et la pointe. Deux modes de fonctionnement sont possibles. Dans le mode contact la pointe touche la surface en permanence. Dans le mode tapping, la pointe vibre au dessus de la surface ce qui évite de l'endommager par frottement. Ce mode est utilisé pour l'étude de surfaces fragiles.

Intervenants : Sophie Bernard (Université Paris 5), Fabrice Charra (CEA), Gérald Dujardin (CNRS), Fatima Héniche (Université Paris 5) et Laurent Pham-Van (CEA)

Lithographies (6 min.)

Les équipes de recherche du Laboratoire de photonique et de nanostructures étudient les propriétés électriques et optiques de nano-objets qu'ils conçoivent et fabriquent...
Ces nano-objets sont en matériaux semi-conducteurs et doivent être fabriqués en salle blanche car la moindre poussière pourrait perturber le fonctionnement des dispositifs obtenus.
Le procédé de fabrication de base est la lithographie dont on cherche constamment à augmenter la résolution, liée à la longueur d'onde des particules incidentes.
La lithographie électronique est particulièrement intéressante du fait de la courte longueur d'onde des électrons. Les faisceaux d'électrons dessinent les motifs des objets dans une résine sensible aux électrons. Après développement, la résine va permettre l'obtention d'un masque par dépôt de métal. La dernière étape sera la gravure des motifs à travers les trous du masque.

Intervenants : Dominique Mailly (CNRS), Jean-Yves Marzin (CNRS) et Isabelle Sagnes (CNRS)