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Posté par Adrien le Lundi 25/10/2010 à 12:00
"Smart Cut": la corrosion comme outil de coupe de précision dans le silicium
Des scientifiques de l'Institut Fraunhofer de techniques de fabrication et de recherche appliquée sur les matériaux (IFAM) de Brême, de l'Institut Fraunhofer de mécanique des matériaux IWM de Fribourg-en-Brisgau (Bade-Wurtemberg), de l'Université de Brême, de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics...) de technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) de Karlsruhe (KIT, Bade-Wurtemberg) et du King's College de Londres (Londres (en anglais : London - /?l?nd?n/) est la capitale ainsi que la plus grande ville d'Angleterre et du Royaume-Uni. Fondée il y a plus de 2 000 ans par les Romains, la ville est aujourd'hui devenue un centre culturel,...), réunis dans le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les...) européen ADGLASS, ont réussi pour la première fois, grâce à une nouvelle technique de simulation, à comprendre les principes de dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) moléculaire du procédé de découpe "Smart (Smart est une société allemande et une marque du groupe DaimlerChrysler créée en 1996 avec l'aide de Swatch Group. Elle construit des...) Cut": une corrosion sous contraintes (CSC) lente (La Lente est une rivière de la Toscane.) et progressive conduit à une séparation cristalline atomique de précision. Des couches cristallines avec une épaisseur d'environ 50 nm peuvent ainsi être séparées d'un wafer de silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.) avec une précision atomique, après implantation (Le mot implantation peut avoir plusieurs significations :) de la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec...) du wafer avec un faisceau d'hydrogène puis chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un matériau.).

L'industrie des semi-conducteurs applique ce procédé depuis quelques années, afin de constituer à l'aide de la technique du Smart Cut les structures de "silicium sur isolant (Un isolant est un matériau qui permet d'empêcher les échanges d'énergie entre deux systèmes. On distingue : les...)" nécessaires pour le circuit électrique intégré. Les mécanismes mis en jeu dans le cristal (Cristal est un terme usuel pour désigner un solide aux formes régulières, bien que cet usage diffère quelque peu de la définition scientifique de ce mot. Selon l'Union...) de silicium lors de la "coupe fine" étaient jusqu'à présent inconnus. Ainsi les fabricants ne pouvaient optimiser la technique du Smart Cut que de façon empirique à l'aide de la méthode d'"essai et erreur".


Champ de contraintes mécaniques (rouge: tension (La tension est une force d'extension.), bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et 520 nm. Elle...): compression)
et détails de la réaction de corrosion sur un défaut induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en...) par l’hydrogène dans le silicium cristallin

Après l'irradiation (En physique nucléaire, l'irradiation désigne l'action d'exposer (volontairement ou accidentellement) un organisme, une substance, d'un corps à un flux de rayonnements ionisants : rayons alpha, bêta, gamma, protons ou...) d'une surface de silicium par de l'hydrogène, des défauts se constituent sous la surface sous forme de régions nanométriques et discoïdes, constituées de liaisons dissociées de silicium. Lors du chauffage, ces défauts grandissent, se lient les uns aux autres et sectionnent finalement le silicium. Jusqu'à présent, les chercheurs supposaient que les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple...) d'hydrogène s'infiltraient dans les défauts, formaient des molécules d'hydrogène et causaient une rupture du cristal sous la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) du gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz...).

Le Dr. Gianpietro Moras du KIT dément cette hypothèse: "Si la pression du gaz était la cause de la rupture du cristal, cela conduirait à des surfaces dentelées et non pas aux surfaces extrêmement régulières se constituant lors du procédé technologique".

A présent, les chercheurs ont établi à l'aide de simulations en mécanique quantique, que la séparation cristalline se produit grâce à une CSC lente et progressive. Les molécules d'hydrogène formées à l'intérieur des défauts discoïdes réagissent avec les extrémités des liaisons silicium-silicium dilatées et entrainent la rupture des liaisons. Ainsi les défauts grandissent parallèlement à la surface du cristal et produisent des fêlures très lisses - en réalité lisses au niveau atomique - à l'intérieur du matériau. Ce n'est que lorsque le défaut devient assez grand (diamètre moyen d'environ 10 µm), que la pression de l'hydrogène affluant croît et conduit à la rupture du cristal cassant.

Alors que la CSC est habituellement considérée comme un phénomène catastrophique influençant fortement la sûreté et la durée de vie (La vie est le nom donné :) des infrastructures mécaniques, ces travaux montrent au contraire que ce procédé peut être mis en place pour la production de structures nanométriques. Ces constatations ouvrent de nouvelles perspectives dans l'optimisation de la technique du Smart-Cut, valable également pour d'autres matériaux covalents comme le germanium, le diamant (Le diamant est un minéral composé de carbone (tout comme le graphite et la lonsdaléite), dont il représente l'allotrope de haute pression, qui cristallise dans le système...) et le carbure de silicium (Le carbure de silicium (SiC), aussi connu sous le nom de carborundum ou de moissanite, est une céramique composée de silicium et de carbone.).

La CSC n'avait encore jamais été analysée avec une telle précision quantique dans des systèmes complexes de dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une...) macroscopiques. Seul le développement d'une nouvelle technique de simulation hybride (En génétique, l'hybride est le croisement de deux individus de deux variétés, sous-espèces (croisement intraspécifique), espèces (croisement interspécifique) ou genres (croisement intergénérique)...) et quantique-classique - qui a eu lieu en partie dans le cadre du projet ADGLASS - a permis la percée.

Selon le coordinateur du consortium Colombi Ciacchi, "la compréhension détaillée de procédés de cette sorte n'a pas seulement des conséquences directes sur la technique du Smart-Cut, mais elle aidera aussi les ingénieurs et scientifiques à améliorer la résistance de nombreux matériaux et structures à haut risque de corrosion, comme par exemple le verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de...) laminé, pour lequel les contraintes auxquelles sont soumises les différentes couches rendent le verre sensible à la corrosion par l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.). En outre, des systèmes micro-électro-mécaniques (MEMS) en profiteront également, car ces minuscules machines sont souvent en contact avec des substances corrosives, comme des fluides biologiques".

L'abrasion d'éléments de construction en frottement (Les frottements sont des interactions qui s'opposent à la persistance d'un mouvement relatif entre deux systèmes en contact.) et les procédés de fabrication comme l'usinage par enlèvement de copeaux microscopiques reposent aussi sur une combinaison (Une combinaison peut être :) de réactions chimiques et de contraintes mécaniques. Ces simulations ouvrent ainsi de toutes nouvelles perspectives de recherche.

Pour plus de précisions sur Smart Cut voir: http://www.soitec.com/fr/technologie/

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Source: BE Allemagne numéro 501 (21/10/2010) - Ambassade de France en Allemagne / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/ ... /64869.htm
Illustration: idw