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Procédé électronique bon marché, écologique et sécuritaire en sciences des matériaux

La nouvelle norme
11 September 2014 // by Bruno Geoffroy

Le titanate de strontium, vous connaissez? Non? Pour Ivan Alejandro Velasco-Davalos, doctorant au Centre Énergie Matériaux Télécommunications de l’INRS, cette mince plaque utilisée en microélectronique pour la fabrication de semiconducteurs n’a plus de secret. Dans le laboratoire de nanophotonique et nanoélectronique dirigé par son directeur de recherche, le professeur Andreas Ruediger, il a mis au point une méthode plus écologique pour préparer la surface de ce composé, en toute sécurité et à moindre coût. Une première internationale.

 

Avant leur utilisation en microélectronique ou en nanoélectronique, les substrats de titanate de strontium(SrTiO3) subissent des traitements chimiques afin de lisser leurs surfaces à l’échelle atomique et de les rendre ainsi prêts pour l’étape de dépôts de couches minces de matériaux, qui est essentielle dans la production de circuits électroniques. Traditionnellement, ce procédé de préparation fait appel à un bain d’acide fluorhydrique, un produit chimique très corrosif et toxique. La manipulation de cet acide reste délicate tout comme son entreposage ou la gestion de ses déchets, dangereux pour l’homme et l’environnement. « Dans le cadre de mon doctorat, pour simplifier l’étape traditionnelle de préparation qui consiste en un bain acide suivi d’un passage en milieu basique, nous avons décidé de tester un procédé hydrothermal à l’eau désionisée. Les résultats se sont montrés si concluants que nous avons l’adopté. Uniques prérequis : disposer d'un « réacteur hydrothermale », d’eau désionisée et d’un four à micro-ondes. Et voilà, le tour est joué! », résume tout sourire Ivan Alejandro Velasco-Davalos.

 

Simplicité dans le discours du chercheur, simplicité du procédé : « Le substrat est plongé dans de l’eau contenue dans un réacteur hydrothermal en plastique. Le tout est mis à chauffer dans un four à micro-ondes commercial pendant trois minutes à 360 watts, avant d’être refroidi dans l’eau », explique Ivan, qui a mérité, en juin 2014, le titre d’étudiant-chercheur étoile décerné mensuellement par le Fonds de recherche du Québec ‒ Nature et technologies.

 

Baisse des coûts et du temps de production

« Dans notre procédé, les seuls inconvénients envisageables sont le temps de refroidissement, soit environ 15 minutes dans de l’eau à 15 oC, et la pression modérée engendrée dans le réacteur hydrothermal lors du chauffage. Au pire, dit le jeune chercheur, le réacteur pourrait laisser s’échapper de la vapeur d’eau s’il dépasse le temps ou la puissance du procédé. » Une opération qui n’est pas plus dangereuse que lorsqu’on cuisine à la vapeur avec une cocotte-minute, compare-t-il. Déjà plus sécuritaire et moins toxique, ce nouveau procédé est aussi plus économique parce que l’eau remplace l’acide fluorhydrique.

 

Mais l’avantage principal pour les chercheurs est l’absence de contamination par des ions fluor de la surface préparée, qui survient inévitablement avec le procédé classique. « La contamination détériore la conductivité de la surface du matériau. Avec notre méthode de préparation, on s’affranchit complètement de ce problème, puisque les ions fluor provenaient de l’acide fluorhydrique », souligne Ivan.

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Vers un nouveau standard

Publié dans Applied Physics Letters en novembre 2013, le protocole de préparation est déjà utilisé à l’INRS ainsi que dans d’autres laboratoires du Canada, des États-Unis et même du Mexique. La simplicité de mise en œuvre et son coût minime plaident pour son adoption rapide par les groupes de recherche, notamment ceux qui disposent de ressources financières limitées dans les pays émergents et en voie de développement. Une petite révolution pour ces laboratoires qui ne pouvaient produire leurs propres substrats jusqu’à ce jour.

 

« Théoriquement, l’industrie de la microélectronique pourrait aussi utiliser ce nouveau procédé. Ce n’est qu’une question de temps pour qu’il remplace le traditionnel procédé à l’acide fluorhydrique et devienne un nouveau standard de production », croit le chercheur. ♦

 

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Contrat Creative Commons« Procédé électronique bon marché, écologique et sécuritaire en sciences des matériaux : La nouvelle norme » de l'Institut national de la recherche scientifique (INRS) est mis à disposition selon les termes de la licence Creative Commons Paternité - Pas d’Utilisation Commerciale - Pas de Modification 2.5 Canada. Les autorisations au-delà du champ de cette licence peuvent être obtenues en contactant la rédaction en chef. © Institut national de la recherche scientifique, 2014 / Tous droits réservés / Photos © Christian Fleury

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