Microscope et machine d'écriture sub-nanométrique – SubNanoScope

La technologie des Faisceaux d'Ions Focalisés est apparue il y a une trentaine d'années. Les chercheurs français furent parmi les pionniers de cette technologie produisant un effort intense, durant les années 70, sur la physique des sources d'ions de forte brillance et spécialement les Sources d'Ions à Métal Liquide. Actuellement, les systèmes utilisant la technologie des Faisceaux d’Ions Focalisés (FIB) sont capables de générer une sonde ionique, généralement du Gallium, aussi fine que quelques nanomètres. De manière générale, la technologie FIB est associée à la microfabrication et constitue une technologie "clé" pour l'édition de circuits, l'analyse de défauts et la préparation d'échantillons minces (TEM, Auger, ...). Dans le secteur de la recherche et du développement, le FIB est extrêmement efficace dans les domaines du dépôt en trois dimensions ainsi que la gravure à l'échelle de quelques nanomètres. En outre, les industriels et les laboratoires de recherche ont atteint les limites théoriques du FIB utilisant une source d’ions à métal liquide. La majorité des technologies émergentes comme les nouveaux matériaux pour applications énergétiques, la nanoélectronique, les nanobiotechnologies ne pouvant être élaborés en utilisant les techniques de lithographie classiques nécessitent une évolution matérielle majeure vers un nouveau standard de fabrication présentant l’avantage de pouvoir structurer et visualiser un échantillon, à l’échelle de quelques atomes, avec un même outil. Ces enjeux nécessitent donc l’accès à un nouveau type d’outil à faisceau d’ions focalisés utilisant une source d’ions à plus forte brillance que la source d’ions à Métal Liquide. Récemment, un prototype de microscope utilisant des ions Hélium [Alis- Zeiss 2007] a été développé et a démontré une fantastique avancée technologique. Les images sub-nanométriques montrées par cet instrument prouvent que les sources « Gas Field Ion Source (GFIS) » utilisées par cet outil sont les sources du futur. Le but de ce projet est donc de calculer, réaliser et tester un prototype d’outil à Faisceaux d’ions focalisés utilisant une source GFIS ayant une très forte brillance et permettant d’atteindre une résolution sub-nanométrique. Cet outil permettra d'obtenir une meilleure résolution, en imagerie et en patterning, que les systèmes actuellement existants. Il permettra notamment la modification de circuits électroniques à l'échelle sub-nanométrique avec différents types d'ions ce qui n'a, à l'heure actuelle, jamais été fait. Ce programme innovant constituera une opportunité unique de créer une action commune dans le domaine des faisceaux d’ions focalisés cryogéniques et d’évaluer le potentiel structurant de cet outil à travers un des challenges les plus disputés des nanobiotechnologies : la fabrication de nanopores artificiels en quantité et à un coût satisfaisant les exigences industrielles. D’un point de vue de la biophysique, un des points les plus importants concerne la fabrication de nanopores isolés qui constituent le cœur d’un système de détection et de manipulation de moteurs ADN biomoléculaires. Ceci est un enjeu scientifique majeur et nous proposons donc d’exploiter le potentiel de notre outil à faisceau d’ions à très haute-résolution afin de fabriquer des nanopores ayant des tailles inférieures à 1nm. D’un point de vue commercial, les laboratoires de recherche sur les nanosciences ainsi que les industries du semi-conducteur sont des utilisateurs potentiels de cette technologie FIB sub-nanométrique.