Les chercheurs du Twin Cities College of Science and Engineering de l’Université du Minnesota ont inventé une technologie moins chère, plus sûre et plus simple qui permettra à un groupe « obstiné » de métaux et d’oxydes métalliques d’être transformés en films minces utilisés dans de nombreux composants électroniques, informatiques et autres. applications.
La recherche est publiée dans les Actes de la National Academy of Sciences des États-Unis d’Amérique (PNAS), une revue scientifique à comité de lecture, multidisciplinaire et à fort impact.
En ajoutant des combinaisons d’atomes de carbone, d’hydrogène et d’oxygène à des métaux tenaces et difficiles à évaporer comme le tungstène et le platine, les chercheurs de l’Université du Minnesota Twin Cities ont pu transformer les éléments en films minces de manière moins coûteuse et plus sûre. Crédit image : Bharat Jalan MBE Lab, Université du Minnesota
Les chercheurs ont travaillé avec le Technology Commercialization Office de l’Université du Minnesota pour breveter la technologie et ont déjà suscité l’intérêt de l’industrie.
De nombreux métaux et leurs composés doivent être transformés en films minces avant de pouvoir être utilisés dans des produits technologiques tels que l’électronique, les écrans, les piles à combustible ou les applications catalytiques. Cependant, les métaux « têtus », qui comprennent des éléments comme le platine, l’iridium, le ruthénium et le tungstène, entre autres, sont très difficiles à convertir en films minces car ils nécessitent des températures extrêmement élevées (généralement plus de 2 000 degrés Celsius) pour s’évaporer.
En règle générale, les scientifiques synthétisent ces films métalliques à l’aide de techniques telles que la pulvérisation cathodique et l’évaporation par faisceau d’électrons. Cette dernière consiste à faire fondre et évaporer les métaux à haute température et à laisser un film se former au-dessus des wafers. Mais, cette méthode conventionnelle est très coûteuse, consomme beaucoup d’énergie et peut également être dangereuse en raison de la haute tension utilisée.
Maintenant, des chercheurs de l’Université du Minnesota ont mis au point un moyen d’évaporer ces métaux à des températures nettement plus basses, moins de 200 degrés Celsius au lieu de plusieurs milliers. En concevant et en ajoutant des ligands organiques – des combinaisons d’atomes de carbone, d’hydrogène et d’oxygène – aux métaux, les chercheurs ont pu augmenter considérablement les pressions de vapeur des matériaux, les rendant plus faciles à évaporer à des températures plus basses. Non seulement leur nouvelle technique est plus simple, mais elle fabrique également des matériaux de meilleure qualité qui sont facilement évolutifs.
« La capacité de fabriquer de nouveaux matériaux avec facilité et contrôle est essentielle pour passer à une nouvelle ère d’économie énergétique », a déclaré Bharat Jalan, auteur principal de l’étude, expert en synthèse de matériaux et professeur agrégé et titulaire de la chaire Shell dans le Département de génie chimique et de science des matériaux de l’Université du Minnesota (CEMS). « Il existe déjà un lien historique entre l’innovation en science de synthèse et le développement de nouvelles technologies. Des millions de dollars sont consacrés à la fabrication de matériaux pour diverses applications. Maintenant, nous avons mis au point une technologie plus simple et moins chère qui permet de meilleurs matériaux avec une précision atomique. »
Ces métaux sont utilisés pour fabriquer une myriade de produits, des semi-conducteurs pour les applications informatiques à la technologie d’affichage. Le platine, par exemple, constitue également un excellent catalyseur pour la conversion et le stockage d’énergie et son utilisation dans les dispositifs spintroniques est actuellement envisagée.
« Réduire le coût et la complexité du dépôt de métal tout en permettant le dépôt de matériaux plus complexes comme les oxydes jouera un rôle important dans les efforts industriels et de recherche », a déclaré William Nunn, étudiant diplômé en génie chimique et en science des matériaux de l’Université du Minnesota, le premier auteur de l’article et récipiendaire de la bourse Robert V. Mattern du département. « Maintenant que le dépôt de ces métaux comme le platine deviendra plus facile, nous espérons voir un regain d’intérêt pour les matériaux plus complexes qui contiennent ces métaux tenaces. »
La source: Université du Minnesota
