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Stratégie

Un procédé de fabrication additive à l'échelle submicronique

Des chercheurs de l'Institut Jean Lamour1 repoussent les limites de la fabrication additive (impression 3D) en réalisant, à l'aide de microplasmas, des objets avec une résolution de 100 nanomètres. Le procédé permet de déposer du silicium, mais aussi des métaux, des céramiques et des polymères.

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D'un côté un microplasma projeté sur un substrat, de l'autre un capillaire pour injecter des gaz précurseurs d'un matériau : avec ce dispositif de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD), les chercheurs de l'Institut Jean Lamour1 ont inventé un procédé de fabrication additive qui permet de réaliser des motifs de l'ordre de 100 nanomètres. Une résolution bien meilleure que celle de la fabrication additive traditionnelle (50 microns, pour la fabrication additive par jet d’encre). Cette performance résulte de la séparation entre la source de plasma et l'injection du gaz précurseur : la résolution du dépôt de matériau ne dépend que du diamètre du capillaire utilisé. Le procédé breveté2, baptisé Discribe, fonctionne à température et pression ambiantes. Il peut s'appliquer à de nombreux matériaux (semi-conducteurs, métaux, céramiques, polymères) et sur divers substrats.

Cette méthode ouvre de nombreuses perspectives, que ce soit dans l'électronique, l'horlogerie ou encore la lutte contre la contrefaçon. Mais chaque application demande un haut niveau de maîtrise du procédé. Dans le cadre d'un projet de prématuration du CNRS, les chercheurs ont travaillé sur l'utilisation de divers gaz réactifs permettant le dépôt de matériaux, et en particulier sur le silane (SiH4) pour la fabrication de motifs en silicium. Le procédé intéresse de nombreux industriels de l’optique qui pourraient l'utiliser pour créer des composants à façon compatibles avec les technologies du silicium. Mais la très forte réactivité du silane avec l'oxygène exigeait, pour déposer du Si et non du SiO2, de placer tout le dispositif au sein d'une boîte à gants. Ce qui a également été fait dans le cadre du projet de prématuration.

Les chercheurs envisagent aujourd’hui la possibilité de réaliser des mélanges « sur mesure » de SiH4 dans l'argon (< 1%), afin de maîtriser la qualité du dépôt de silicium. Ils cherchent également, par la même méthode, à injecter des vapeurs de précurseurs liquides, des organométalliques, et non plus seulement gazeux : une voie pour élargir le procédé à des précurseurs de l'aluminium, du titane, du zirconium, du cuivre...

 

1 Institut Jean Lamour (CNRS/Université de Lorraine)

2 Brevet FR1359713, en propriété CNRS, déposé le 10/07/2013 et étendu (WO2015052396) le 16/04/2015 

Contacts :

Thierry Belmonte / Institut Jean Lamour / thierry.belmonte@univ-lorraine.fr

Saïd Essabaa / Direction de l’innovation et des relations avec les entreprises du CNRS / said.essabaa@cnrs-dir.fr