Les micro et nanotechnologies à la loupe

Paris le 29 janvier. L'Observatoire des micro et nanotechnologies a consacré un séminaire aux avancées dans ce domaine : depuis l'instrumentation pour la biologie, jusqu'à l'électronique moléculaire en passant par les mat

Le 29 janvier, l'Observatoire des micro et nanotechnologies (OMNT) organisait une journée consacrée aux principales avancées scientifiques de l'année, sur les retombées à attendre et les opportunités qui s'ouvrent dans ce domaine. Fondé en 2001 par le CEA-Leti et le CNRS, cet observatoire regroupe près de 200 experts dans les micro et nanotechnologies.

Cette journée s'articulait autour de 5 thèmes : l'instrumentation pour la biologie ; l'électronique moléculaire ; les nanotechnologies ; les matériaux et composants pour l'optique ; les micro et mini sources d'énergie.

1. Instrumentation pour la biologie

Pierre Puget, du CEA, précisait les dernières avancées dans le domaine du marquage et de la détection. La fluorescence permet actuellement une résolution spatiale inférieure à 10 microns et une dynamique de détection de 10 puissance 4 à 10 puissance 5. Ses limites actuelles résident dans la fluorescence des matériaux, les problèmes d'adsorption non spécifiques, les mauvaises configurations optiques et dans les problèmes de reproductibilité dans la préparation des supports et des échantillons.

Pierre Puget rappelait les autres techniques de détection : optique (marquage et détection de nanoparticules métalliques, détection sur guide d'onde sans marquage), électrique, détection directe sans marquage (capteurs à effets de champ, détection par dispositifs nanométriques), détection mécanique (sur micro-cantilevers) et détection magnétique.

Daniel Esteve, du LAAS, rappelait quant à lui l'intérêt de la miniaturisation pour l'instrumentation. 'La miniaturisation peut apporter un gain d'efficacité et fortement abaisser les coûts permettant au final une multiplication des essais. Les applications en biologie vont de l'analyse, au séquençage en passant par le diagnostic. En chimie, ces techniques permettent une validation rapide de nouvelles formulations et de nouveaux procédés et la construction d'une chimie nouvelle, sécurisée et non polluante '.

Après un tour d'horizon rapide des puces à ADN , il précisait l'émergence des labos-sur-puces. Un secteur qui nécessite encore des travaux en microfluidique et en micro-connectique.

La fonctionnalisation des surfaces est également un passage obligé. Les traitements de surface permettront de contrôler l'écoulement des fluides dans des microcanalisations, tandis que la fonctionnalisation biochimique permettra l'accrochage d'espèces réactives. liée au développement des labos-sur-puces

2. Electronique moléculaire

Robert Baptist, du CEA-Leti, présentait quelques développements dans les composants et circuits nano-électroniques. Hewlett-Packard a par exemple conçu des ' switches ' moléculaires réversibles pour mémoires. Grâce à des molécules bistables (telles que les rotoxanes ou les caténanes), des circuits de diodes permettent de réaliser des mémoires extrêmement denses : jusqu'à 64 points par micron au carré. Des nanofils en phosphure d'indium, en silicium ou en nitrure de gallium de diamètre de 10 à 30 nm ont été obtenus. Infineon a par ailleurs breveté une technique de mise en œuvre de nanotubes de carbone dans les mémoires ONO.

Dominique Vuillaume, de l'Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie (CNRS), mettait l'accent sur le transport dans les systèmes moléculaires. Depuis 2002, les travaux sont orientés vers l'optimisation du contact molécule/électrode, l'utilisation contrôlée des propriétés moléculaires et vers le développement de transistors hybrides ' uni-moléculaires ' et de mémoires moléculaires.

Enfin, Gérard Bidan (CEA/CNRS/Université Joseph Fourier) développait les aspects biologiques de l'électronique moléculaire. Au programme : la lithographie moléculaire sur ADN, les nanostructures et les nanomotifs d'ADN sur des surfaces, les matériaux biomimétiques, l'assemblage de nanotubes de carbones grâce à des ' poignées ' d'ADN... Voir d'ailleurs à ce sujet l'article à paraître le 7 février dans Industrie et Technologies sur les nanobiotechnologies.

3. Nanotechnologies

Dominique Mailly, du CNRS-LPN Marcoussis, présentait notamment les développements en nano-impression. Des réalisations étaient présentées, notamment des moulages de 10 nm. Mais le chercheur rappelait les limites de la technique, en particulier les difficultés d'alignement, le rapport d'aspect, la lenteur du procédé et la faible épaisseur de résine.

Il présentait quelques évolutions récentes, comme le procédé Lisa (Lithography induced self-assembly) et le Ladi (Laser assisted direct imprint).

Autre sujet abordé : le MOSFET (transistor à effet de champ MOS) ultime. 'Les meilleurs résultats annoncés par les chercheurs en décembre 2002 proviennent de Toshiba (14 nm), d'AMD (10 nm) et d'IBM (6 nm). Mais l'une des limites de ces systèmes réside dans les effets quantiques et mono-électroniques qui apparaissent systématiquement dans les MOS ultimes d'aujourd'hui à basse température'. Enfin, le chercheur présentait les travaux récents dans les Qbits dans les systèmes solides.

4. Matériaux et composants pour l'optique

Chercheur au laboratoire de photonique et de nanostructures (CNRS/LPN Marcoussis), Jean-Louis Oudar faisait le point sur les travaux sur la micro et la nano-optique, notamment sur les structures à bande interdite photonique (BIP).

' Les travaux sur les BIP sur guide visent ont pour objectif la miniaturisation des circuits optiques. Des résultats satisfaisants ont été obtenus, notamment avec des gravures profondes sur phosphure d'indium '.

Le chercheur présentait aussi les recherches actuelles en nano plasmonique, comme nouvelle voie possible pour la photonique et la spectroscopie.

Les travaux de Corning sur des fibres microstructurées à BIP à faibles pertes étaient également mentionnés ainsi que ceux de l'Université de Technologie de Troyes sur des micro-pointes optiques (MPO) réalisées par photopolymérisation à l'extrémité de fibres optiques.

5. Micro et mini sources d'énergie

Didier Bloch, au CEA Grenoble, a d'abord fait le point sur les sources d'énergie miniatures, de 0,1 à 50 W. Le marché actuels s'étend des téléphones portables aux PDA en passant par les ordinateurs, le médical, les étiquettes et les 'smart cards'.

Le chercheur rappelait au passage les récentes ruptures technologiques, comme les accumulateurs au lithium-ion (qui permettent aujourd'hui un coût de 0,5 euro/Wh et les piles à combustibles miniatures. ' Le projet ' MiniPac ' du CEA lancé en 2000 a été l'objet de 18 brevets. Les performances actuellement obtenues sont de 40 mW/centimètre carré. Ce programme a abouti à deux ruptures technologiques : un nouveau concept de coeur de pile et un système de production d'hydrogène gazeux dérivé de la technologie mise en œuvre dans les air-bags. Les avantages : une efficacité élevée, une recharge instantanée, une complète indépendance vis à vis du réseau électrique et un coût (matériaux et procédés) faible '.

Didier Bloch faisait ensuite un point plus prospectif sur les microsources d'énergie (du (W au mW).

Dans le domaine de la conversion thermo-mécanique, des travaux sont réalisés au MIT sur un turbo-réacteur sur silicium capable d'atteindre 2 millions tr/mn. Des chercheurs de l'Université de Berkeley développent un moteur miniature atteignant 10 000 tr/mn. D'autres recherches portent au LAAS sur des réservoirs à propergol.

Dans le domaine de la conversion électromagnétique, des chercheurs du CEA-Leti et de l'INPG ont mis au point un micromoteur planaire à aimants à 10 000 tr/mn. Enfin, côté micro-accumulateurs, le CEA et HEF travaillent sur des microbatteries utilisant le technologie des couches minces PVD. Le marché visé est celui de la sécurité de puces 'above IC'.

Michel Le Toullec

Pour en savoir plus
- Présentation de l'OMNT à http://www-leti.cea.fr/Leti-FR/M_an-report-fr/Divers-fr/report-OMNT-fr.htm

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