Nano-manufacture: mode d'emploi

Un pas important vers la production en série de nouvelles structures nanométriques a été franchi. La première étude systématique des conditions de croissance des nanostructures monodimensionnelles issues du séléniure de cadmium (CdSe), un matériau optoélectronique, vient d'être publiée. En utilisant les résultats de plus de 150 expériences, des chercheurs de l'Institut de Technologie de Géorgie ont produit une véritable "notice d'utilisation" pour guider les futurs "nano-manufacturiers" qui utiliseront la technique vapeur-liquide-solide (VLS).


L'étude, publiée dans l'édition de ce mois de Advanced Materials, se rattache à un travail similaire déjà effectué par le même Institut sur les nanostructures élaborées à partir de l'oxyde de zinc, un matériau de plus en plus important en nanotechnologie. Ensemble, les deux études fournissent la base d'une synthèse à grande échelle sur les nanostructures qui joueront un grand rôle dans la conception et la production des futurs capteurs, afficheurs et autres dispositifs nanoelectroniques.

Trois types de nanostructures

Pendant plus d'un an, les chercheurs ont rassemblé des informations sur plus de 45 combinaisons différentes des états de croissance régissant la production des nanostructures de séléniure de cadmium. Dans leur installation expérimentale, le séléniure en poudre était chauffé dans un four horizontal en tube sous un écoulement gazeux d'azote en utilisant de l'or comme catalyseur.

La technique a produit trois types différents de nanostructures:

-des "nanoscies" ou "nanopeignes", structures rares qui comportent des "dents" sur un côté et une surface douce de l'autre ;
-des "nanoceintures", sortes de structures en rubans ;
-des "nanofils" qui ressemblent à de l'herbe et se développent verticalement à partir du substrat.

Les chercheurs ont fait varié la température de la source de séléniure de cadmium, la température du substrat de silicium où les structures se développaient, et la pression du gaz à l'intérieur du four. Ils ont répété chaque expérience trois fois, en déterminant où les structures se développaient sur le substrat et en dénombrant les nanostructures différentes obtenues dans chaque échantillon au microscope électronique. Les trois types de structures sont produits en utilisant les mêmes conditions expérimentales générales, mais les proportions varient. L'objectif était d'apprendre à contrôler les conditions des expériences afin d'obtenir près de 100% de rendement pour chaque structure.

Une notice bien documentée

Il a par exemple été constaté que la croissance des nanostructures est principalement contrôlée par la pression de l'azote à l'intérieur de la chambre et de la température du substrat où les structures sont déposées. Les chercheurs ont également appris où chaque type de structure était susceptible d'être déposé sur le substrat pour chaque ensemble de conditions.

Les nanoscies et les nanopeignes de séléniure de cadmium sont les plus délicats à produire. À l'autre extrémité, des nanofils peuvent être produits sur un intervalle important de température et de pression. En particulier, les chercheurs ont noté que:

- la proportion de nanoscies et de nanopeignes est la plus élevée pour les températures les plus basses de la source (630°C), les pressions les plus hautes (600 millibars) et pour une température du substrat d'approximativement 575°C.
- le pourcentage le plus élevé en nanorubbans s'obtient pour de basses températures de la source (700°C), des pressions basses (4 millibars) du gaz et une température de substrat d'environ 575°C.
- la croissance des nanofils peut être réalisée sur un large intervalle de températures et de pressions, mais des températures élevées de la source favorisent leur production par rapport à celle des nanoscies.

Le séléniure de cadmium a été étudié pour ses applications dans l'optoélectronique, les matériaux luminescents, les lasers et l'imagerie biomédicale. L'oxyde de zinc est un matériau semi-conducteur, piézoélectrique et optique avec des applications potentielles dans le domaine des capteurs, des résonateurs et autres structures nanoelectroniques.