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Posté par Redbran le Mercredi 23/05/2018 à 12:00
Des procédés de nanotechnologies plus écologiques grâce au chitosane
Si la lithographie s'est imposée pour façonner des substrats jusqu'aux échelles nanométriques, ses procédés sont plus ou moins respectueux de l'environnement. Avec GreenLitho, des chercheurs de l'Institut des nanotechnologies de Lyon, du laboratoire Ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la responsabilité de la construction et au contrôle des équipements d'une installation technique ou industrielle.) des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) polymères, 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 est un tel institut.) de science des matériaux (La science des matériaux regroupe les domaines qui étudient la matière qui constitue les objets. Cela va des roches (en géologie) aux métaux en passant par les matériaux de...) de Mulhouse et de l'Institut lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est...) matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide,...), remplacent ces produits par de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) et du chitosane, un biopolymère issu de déchets agroalimentaires. Ces travaux sont publiés dans la revue SPIE Proceedings.


© INL
Images des motifs obtenus sur un film de chitosane par (a) lithographie électronique, (b) photolithographie à 193 nm, et (c) photolithographie à 248 nm .

Les procédés de nanotechnologies débutent par une étape de lithographie, où l'on transfert des motifs d'une couche de résine à un substrat. Par insolation au travers d'un masque ou directement en contrôlant un faisceau laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme...) ou d'électrons, ces motifs sont inscrits dans la résine puis révélés grâce à un produit appelé le développeur (En informatique, un développeur (ou programmeur) est un informaticien qui réalise des logiciels en créant des algorithmes et en les mettant en œuvre dans un langage de programmation.). Un solvant dissout ensuite la résine restante. Or résines, développeurs et solvants sont parfois nocifs et souvent fabriqués à partir de réactifs issus du pétrole (Le pétrole est une roche liquide carbonée, ou huile minérale. L'exploitation de cette énergie fossile est l’un des piliers de...).

Des chercheurs de l'Institut des nanotechnologies de Lyon (INL, CNRS/Centrale Lyon/CPE Lyon/INSA Lyon/Université Claude Bernard), du laboratoire Ingénierie des matériaux polymères (IMP, CNRS/Université Jean Monnet/INSA Lyon/Université Claude Bernard), de l'Institut de Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au sens large. L'ensemble de...) des matériaux de Mulhouse (IS2M, CNRS/Université de Haute Alsace) et de l'Institut lumière matière (ILM, CNRS/Université Claude Bernard) proposent un procédé bien plus écologique, à base d'eau et de chitosane. Utilisé ici comme résine, ce polymère est biosourcé, biocompatible, biodégradable et soluble en milieu aqueux. Il est fabriqué de manière industrielle à partir de la chitine, extraite de déchets comme les carapaces de crabes et de crevettes, le second biopolymère le plus abondant sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et...) après la cellulose. Le chitosane coûte ainsi environ dix fois moins cher que les résines classiques et, du fait de son innocuité, son utilisation en est tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) autant moins contraignante.

L'eau sert ensuite à la fois de développeur et, en y ajoutant un peu d'acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions avec un autre type de composé chimique...) acétique, de solvant. Avec cette méthode, les chercheurs obtiennent des traits de 30 nm espacés de 200 nm en lithographie électronique et des traits de 100 nm de largeur (La largeur d’un objet représente sa dimension perpendiculaire à sa longueur, soit la mesure la plus étroite de sa face. En géométrie plane, la largeur est la plus petite des deux mesures d'un rectangle,...) en lithographie optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) à 193 nm,. Ces performances correspondent à l'état de l'art pour des résines biosourcées, une frontière (Une frontière est une ligne imaginaire séparant deux territoires, en particulier deux États souverains. Le rôle que joue une frontière peut fortement varier suivant les...) que les chercheurs comptent bien repousser maintenant que la faisabilité technique est avérée.

Ces travaux ont été financés par un PEPS INSIS "Ingénierie verte" :

Références publication:
Sub-micron lines patterning into silica using water developable chitosan bioresist films for eco-friendly positive tone e-beam and UV lithography,
M. Caillau, C. Chevalier, P. Crémillieu, T. Delair, O. Soppera, B. Leuschel, Cédric Ray, Christophe Moulin (Un moulin est une machine à moudre les grains de céréale en farine et, par analogie, une machine à broyer, piler, pulvériser diverses substances et à extraire certains produits (huile, pommes, poudre,...), Christian Jonin, Emmanuel Benichou, Pierre-François Brevet, Christelle Yeromonahos, Emmanuelle Laurenceau, Yann Chevolot et Jean-Louis Leclercq,
Proc. SPIE 10587, Optical Microlithography XXXI, 105870S (2018)
DOI: 10.1117/12.2292312

Contacts chercheurs:
- Yann Chevolot ? INL
- Jean-Louis Leclercq ? INL

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Source: CNRS - INSIS