Clefs n°59 été 2010
Clefs n°59 été 2010
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°59 de été 2010

  • Périodicité : annuel

  • Editeur : CEA

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 160

  • Taille du fichier PDF : 16,5 Mo

  • Dans ce numéro : les matériaux au coeur du processus d'innovation.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

Dans ce numéro...
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110 Des matériaux pour les technologies de l’information et de la santé CLEFS CEA - N°59 - ÉTÉ 2010 Conception d’étiquettes RFID, étiquettes intelligentes à base de puces électroniques, de tags et de transporteurs avec un équipement radio capable d’identifier rapidement des articles en utilisant des signaux de fréquences radio. Réalisation de dispositifs à base d’électronique organique : dépôt des différentes couches semi-conductrices, conductrices et isolantes par voie liquide. réaliser ces transistors sur substrats souples va permettre l’intégration de ces composants à l’électronique organique et aux grandes surfaces.• Le Leti et le Laboratoire d’innovation pour les technologies des énergies nouvelles et des nanomatériaux (Liten) étudient également l’hypothèse d’utiliser ces matériaux pour les interconnexions ou pour l’évacuation de la chaleur, dans le cadre de projets nationaux et européens, notamment en collaboration avec 2 μm 2 μm Figure 5. Nanotubes de carbone dans des vias de 1 μm de diamètre, avec densité record d’environ 5 10 12 nanotubes de carbone/cm 2. Remplissage de l’espace en nanotubes de carbone de 64% : après synthèse (à gauche) et en fin de procédé (à droite).C. Morel/CEA Artechnique CEA INTEL. Pour les interconnexions, le challenge consiste à favoriser la croissance d’une forêt de nanotubes métalliques, alignés perpendiculairement au substrat, avec une densité en nanotubes supérieure à 10 13 nanotubes de carbone/cm 2 (dans le cas de nanotubes monoparoi) et dans des perforations cylindriques du substrat (vias) de moins de quelques dizaines de nanomètres. Cette géométrie amène des densités de courant supérieures à 10 7 A/cm 2, comparables, voire meilleures que celles obtenues avec des nanofils de cuivre de dimensions identiques. Notons que le CEA détient le record du monde de la densité en nanotubes pour ses forêts avec 5 10 12 nanotubes de carbone/cm 2 intégrés dans les vias de 1 m (figure 5). Concernant l’évacuation de la chaleur, l’utilisation de forêts de nanotubes, intégrées au packaging des puces électroniques, est d’ores et déjà annoncée par les industriels à une échéance de trois à cinq ans. Ceux-ci prévoient une augmentation des performances en dissipation de 20%.• Graphène et nanotubes de carbone sont également pressentis comme matériaux de remplacement des oxydes métalliques transparent conducteurs actuellement utilisés dans les écrans plats (tactiles ou non). Y parvenir suppose l’obtention préalable d’une résistance de film suffisamment faible pour une transmission de la lumière maximale. Le Liten a mis en place une filière de déposition de tels matériaux, permettant le dépôt selon une variété de procédés et sur de nombreux types de substrats de grandes surfaces. Cette filière vise une conductivité meilleure que celle de l’oxyde utilisé à l’heure actuelle (> 100/square pour une transmission de la lumière > 90%). Plusieurs équipes du CEA travaillent également sur l’utilisation des nanotubes de carbone et du graphène dans la conception de transducteurs mécaniques ou électroniques destinés à la réalisation de capteurs chimiques ou biochimiques (en gaz ou solution) dédiés à la santé et notamment au diagnostic. Ces matériaux servent alors de canal de conduction d’une résistance électrique simple ou d’un transistor à effet de champ. La faible dimensionnalité de ces matériaux leur confère une sensibilité potentielle extrême à tout changement de leur environnement. Par exemple, celle-ci est inférieure à la partie pour milliard –ppb – dans le cas de dioxyde d’azote (NO 2) dans l’air. Néanmoins, il s’agit d’un avantage qui peut se transformer en inconvénient. En effet, la sensibilité de ces composants à une large gamme de stimuli (température, humidité, autres gaz...) nécessite le développement de contre-mesures spécifiques aux applications visées et à leurs cahiers des charges. Les chercheurs de l’Iramis et du Liten travaillent au contournement de ces obstacles pour la réalisation de capteurs de gaz dans le domaine de la détection de traces de gaz toxiques ou d’explosifs. Parmi les autres avancées réalisées au Leti et au Liten figure également l’intégration des forêts de nanotubes de carbone au sein de deux types de dispositifs. D’abord, en matière de chromatographie en phase liquide où ce matériau a permis d’accroître, de plusieurs ordres de grandeur, le pouvoir séparatif du système microfluidique. Il s’agit d’une avancée majeure dans le domaine des laboratoires sur puces (figure 6). La biocompatibilité des nanotubes de carbone a rendu possible un deuxième dispositif. Les nanotubes ont ainsi été intégrés dans des électrodes
200 μm Figure 6. Microcolonne de chromatographie. À gauche, un canal d’entrée divisé en sous-canaux de plus en plus petits, lesquels débouchent sur une série de colonnes (à droite) fonctionnalisées avec des nanotubes en forêt. Technicien en salle blanche intervenant sur un réacteur chimique dédié à la silanisation collective des wafers silicium ou des lames de verre pour la préparation des puces à ADN ou des laboratoires sur puces. pour améliorer l’interface entre les neurones et les systèmes d’acquisition de bio-signaux. Il s’agit d’un élément clé du dispositif utilisé pour le traitement de la maladie de Parkinson par la technique de stimulation cérébrale profonde. Ces relations entre les nanotubes de carbone et les cellules sont étudiées par le CEA en partenariat avec l’Institut des neurosciences de Grenoble (figure 7). CEA P.Stroppa/CEA Biopuces pour le projet Canérodrop. Les phénopuces permettent de développer une puce à cellules sur laquelle de nombreux phénotypes cellulaires peuvent être enregistrés dans des réactions réalisées en parallèle sur la puce. La nature et le traitement des substrats permettront de placer avec précision les nanogouttes et d’analyser leurs contenus par microscopie (gouttes de 50 nl sur la lame de verre de 4 cm 2). Perspectives Les quelques exemples développés ci-dessus illus - trent les potentialités des matériaux bidimensionnels carbonés ainsi que le savoir-faire du CEA dans la maîtrise de leur intégration. Bien sûr, cette liste d’applications n’est pas exhaustive – par exemple, les matériaux utilisant leurs propriétés mécaniques n’ont pas été évoqués. Aujourd’hui, le développement de produits à base de graphène reste moins avancé que celui des nanotubes de carbone pour lesquels la recherche a commencé une décennie plus tôt. Pourtant, moins de quatre ans après les premières publications sur le graphène, une technologie développée dans le groupe d’Alex Zettl, professeur à l’université de Californie (Berkeley), peut déjà faire l’objet d’un transfert vers l’industrie. Il s’agit de grilles porte échantillon à membrane en graphène, destinées à la microscopie électronique, qui atteignent déjà une résolution atomique d’une qualité inégalée. Ces exemples démontrent comment, grâce à leur créativité, les chercheurs parviennent à estomper les frontières séparant la recherche fondamentale de la recherche appliquée, en s’interrogeant constructivement. > Jean-Christophe P.Gabriel Direction du programme transversal nanosciences CEA Centre de Grenoble a b c d 352 μm 200 μm 15 μm 12 μm Figure 7. Photographie, en microscopie électronique à balayage, d’une microaiguille nanostructurée en silicium aminci possèdant 10 zones de contact électrique circulaires (a) ; détail des zones de contact électrique à nanotubes de carbone (b) ; culture in vitro de neurones d’hippocampe à différents grossissements (c et d). P.Stroppa/CEA CEA/Olivier Bibari CLEFS CEA - N°59 - ÉTÉ 2010 111



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