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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 (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) 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...) 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...), 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 connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le...) européen ADGLASS, ont réussi pour la première fois, grâce à une nouvelle technique de simulation, à comprendre les principes de dynamique moléculaire (Une simulation de dynamique moléculaire consiste à calculer l'évolution d'un système de particules au cours du temps. Ces simulations servent de modèles structuraux et dynamiques pour la compréhension...) 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 voitures de la gamme petite citadine. Les Smarts...) Cut": une corrosion sous contraintes (CSC) lente (La Lente est une rivière de la Toscane.) et progressive conduit à une séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque chose ou son résultat. Plus particulièrement il est employé dans plusieurs domaines :) 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,...) du wafer avec un faisceau d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) 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 isolants électriques, les isolants thermiques, les isolants phoniques et...)" nécessaires pour le circuit électrique (Un circuit électrique est un ensemble simple ou complexe de conducteurs et de composants électriques ou électroniques parcouru par un courant...) 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 internationale de...) 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 varie en luminosité du cyan à une teinte...): 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...) 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 pouvant se combiner...) 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...).

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 (Fille de l'ancienne théorie des quanta, la mécanique quantique constitue le pilier d'un ensemble de théories physiques qu'on regroupe sous l'appellation générale de physique quantique. Cette dénomination...), 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 (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base...). 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 (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) 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...) 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 pièce de révolution.) 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...) 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 silicium (silice SiO2)...) 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
 
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