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Le dépôt de couches atomiques réinventé

Publié le 27 janvier 2021
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La technique de dépôt de couches atomiques par SALD, utilisée notamment pour les énergies renouvelables (cellules photovoltaïques, batteries) , a été remise au goût du jour par une équipe de chercheurs du LMGP* grâce à l’impression 3D.

lmgp 3D

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Le dépôt de couches atomiques (ALD) est une technique de dépôt de couches minces très utilisée dans la fabrication de dispositifs à semi-conducteurs. Cette technique met en œuvre deux produits chimiques appelés précurseurs (ou "réactifs"), lesquels réagissent avec la surface d'un matériau de manière séquentielle. Un film mince est ainsi lentement déposé par exposition répétée à des précurseurs distincts.

L’ALD Spatial (SALD) est une variante plus récente dans laquelle les précurseurs sont continuellement envoyés en des endroits différents, et séparés par une zone contenant un gaz inerte. Avantages : elle est de 5 à 10 fois plus rapide que l’ALD classique, et peut être réalisée à pression atmosphérique et même à l’air libre, sans recourir à une chambre de dépôt.
 

Mettre l’impression 3D à profit

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Au LMGP, des chercheurs s’intéressent à cette technique depuis des années. Ils ont notamment travaillé sur l’ALD spatiale à partir d’un concept initialement développé par Kodak, qu’ils ont modifié pour la rendre plus polyvalente. Et pour cela, ils ont eu l’idée géniale d’utiliser la technique de l’impression 3D. « En particulier, nous avons modifié la tête d’injection des précurseurs, de manière à la miniaturiser et la rendre plus maniable, explique David Muñoz-Rojas, chercheur CNRS au LMGP, à l’initiative de ces travaux. Grâce à l’impression 3D, nous avons pu réaliser des têtes d’injection plus versatiles. En utilisant des têtes dans lesquelles les canaux d’injection sont concentriques, on peut faire des dépôts dans n’importe quelle direction ! » La tête de distribution obtenue est comparable à un stylo avec distribution de gaz intégrée, lequel permet de déposer des matériaux fonctionnels en 3D avec une résolution latérale millimétrique et une résolution en épaisseur nanométrique ! Enfin, l’impression 3D permet de réduire considérablement le temps et le coût de fabrication des têtes d’injection, et d’en modifier le design facilement afin d’obtenir des formes et des tailles de dépôt ajustables à l’envi. Cette approche a été brevetée (CNRS), et retient déjà l’attention des industriels.

Déterminée à rester dans la course et à poursuivre le développement de sa technique, l’équipe de David Muñoz-Rojas coordonne un projet européen visant à obtenir une résolution latérale micronique. Le stylo SALD verrait ainsi augmenter le nombre de ses applications potentielles, notamment en microélectronique. Ces travaux ont été publiés dans la revue Advanced Materials Technologies, dont ils ont fait l’une des couvertures.

*CNRS, Grenoble INP
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mise à jour le 29 janvier 2021

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