Fabrication de couches minces fonctionnelle en combinant les procédés de nanolithographie UV profonds et la chimie colloïdale des nanocristaux – DUVNANO

L'originalité réside dans l'utilisation de solutions de nanocristaux colloïdaux en tant qu’éléments photosensibles de tonalité négative pour l'écriture directe de microstructures fonctionnelles par photolithographie DUV.

Synthèses et caractérisation des nanocristaux, solutions colloïdales et couches minces.
Fabrication des micro-nanostructures par lithographie DUV.

Caractérisations des propriétés physiques des couches minces et fabrications de dispositifs.

En cours

DUVNANO est un projet multidisciplinaire qui vise à répondre à la demande de nouveaux procédés simples pour la préparation de couches minces en proposant l’utilisation combinée de solutions de nanocristaux colloïdaux et des procédés de photolithographie en UV profonds (DUV: 266 & 193 nm) DUVNANO est un projet PRC regroupant 2 partenaires hautement spécialisés en chimie colloïdale et photolithographie DUV respectivement : Laboratory for Innovative Key Materials and Structure - LINK (CNRS UMI 3629) et Institut de Science des Matériaux de Mulhouse - IS2M (CNRS UMR 7361). En accord avec l’axe 2 du défi 3, DUVNANO fait le choix de couvrir un large éventail de matériaux pour mettre en place un nouveau processus plutôt que de viser une application particulière. Le contrôle de ce nouveau procédé sera toutefois validé au travers de la réalisation de composants simples tels que des transistors à effet de champ (FET) ou des réseaux optiques, dispositifs qui trouvent leur intérêt dans le domaine des « smart windows » par exemple.
L'originalité de DUVNANO réside dans l'utilisation de solutions de nanocristaux colloïdaux en tant qu’éléments photosensibles de tonalité négative pour l'écriture directe de microstructures fonctionnelles par photolithographie DUV. L'irradiation par DUV a en effet la propriété unique de permettre la réticulation de nanocristaux (NCs) ou de nanoparticules (NPs) sans aucun traitement thermique supplémentaire. Avec ce procédé, des films minces inorganiques micro-nanostructurés pourraient être obtenus en une seule étape, à température ambiante, par un procédé simple et compatible avec des substrats flexibles. La recherche sur les matériaux de revêtement et les procédés adaptés à des voies de synthèse en solution présente un grand intérêt d’un point de vue industriel. En effet, les films minces jouent un rôle très important et indispensable dans la vie quotidienne avec une valeur marchande estimée à environ 10 milliards de dollars d'ici 2018.
Le projet DUVNANO est organisé en 4 tâches principales, incluant une tâche 0 dédiée au management du projet (leader : LINK). La tâche 1 (leader : LINK) se focalisera sur la synthèse et la caractérisation des solutions colloïdales monodisperses d’oxydes métalliques (ZnO, Fe2O3, HfO2…) ou clusters métalliques (Mo, Ta, Nb, Cu). L’élaboration et la caractérisation de films minces de qualité optique à partir de ces solutions par spin-coating, dip-coating ou électrophorèse fait également partie des objectifs de cette tâche. La tâche 2 (leader : IS2M) concernera l’application en photolithographie des couches minces. L’étude des mécanismes de photoréticulation des films de NC sera un objectif prioritaire. L’écriture par laser DUV de nano ou microstructures couvrant une grande gamme de résolution constitue un autre enjeu technologique important. Cette tâche inclue également la fabrication de dispositifs basiques définis précédemment. Les matériaux ainsi préparés par ce procédé ainsi que les dispositifs seront étudiés en profondeur dans la tâche 3 (co-leader : LINK & IS2M). Les propriétés optiques, électriques et magnétiques seront corrélées à la structure des matériaux et comparées aux propriétés obtenues par d’autres procédés.
Par rapport aux travaux antérieurs (Wang et al, Science 2017), nous proposons dans DUVNANO de développer un procédé plus simple et plus rapide de préparation de films minces et nous attendons également une amélioration des propriétés de nanomatériaux par une amélioration du couplage interparticulaire grâce au procédé laser. Ce projet se base sur les premiers travaux réalisés entre les 2 partenaires montrant la possibilité de réticuler des NP colloïdales. Cette preuve de concept, pierre angulaire de l’objectif dans ce projet, doit permettre de minimiser les risques et d'obtenir, directement après irradiation DUV, des matériaux entièrement inorganiques et nanocristallisés.