Un seul outil pour une large gamme d’applications

Traiter des matériaux à l’échelle nanométrique, produire des prototypes pour la microélectronique ou analyser des échantillons biologiques : le champ d’application des faisceaux d’ions finement focalisés est immense. Les experts de la collaboration européenne FIT4NANO ont désormais examiné les nombreuses options et élaboré une feuille de route pour l’avenir.

L’article, Publié dans Examens de physique appliquées’adresse aux étudiants, aux utilisateurs de l’industrie et de la science ainsi qu’aux décideurs politiques en matière de recherche.

« Nous avons réalisé que les faisceaux d’ions focalisés pouvaient être utilisés de nombreuses manières différentes, et nous pensions avoir une bonne vue d’ensemble au début du projet. Mais nous avons ensuite découvert qu’il existe beaucoup plus d’applications que nous ne le pensions. Dans de nombreuses publications, l’utilisation L’utilisation de faisceaux d’ions focalisés n’est même pas explicitement mentionnée, mais est cachée dans la section méthodes », explique le Dr Katja Höflich, physicienne à l’Institut Ferdinand-Braun et au Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), qui a coordonné le rapport complet.

« Il s’agissait d’un travail de détective. Nous avons notamment découvert des travaux des années 1960 et 1970, en avance sur leur temps et injustement oubliés. Aujourd’hui encore, ils fournissent des informations importantes. »

Le rapport donne un aperçu de l’état actuel de la technologie des faisceaux d’ions focalisés (FIB), de ses applications avec de nombreux exemples, des développements d’équipements les plus importants et des perspectives d’avenir.

« Nous voulions fournir un ouvrage de référence utile aux départements de recherche universitaire et de R&D industrielle, mais qui aide également les responsables de la recherche à s’orienter dans ce domaine », explique le Dr Gregor Hlawacek, chef de groupe à l’Institut de physique et de matériaux des faisceaux d’ions. Recherche au Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). Hlawacek dirige le projet FIT4NANO, un projet européen sur les technologies FIB, dans lequel les auteurs du rapport sont impliqués.

De la recherche fondamentale au composant fini

Les instruments FIB utilisent un faisceau d’ions focalisé généralement de deux à 30 kiloélectronvolts (keV). Avec son petit diamètre de l’ordre du nanomètre et du sous-nanomètre, un tel faisceau d’ions scanne l’échantillon et peut modifier sa surface avec une précision nanométrique. Les instruments FIB sont un outil universel pour l’analyse, la modification locale de matériaux sans masque et le prototypage rapide de composants microélectroniques. Les premiers instruments FIB ont été utilisés dans l’industrie des semi-conducteurs pour corriger les photomasques avec des ions gallium focalisés. Aujourd’hui, les instruments FIB sont disponibles avec de nombreux types d’ions différents.

Une application importante est la préparation d’échantillons pour l’imagerie haute résolution et d’une précision nanométrique au microscope électronique. Les méthodes FIB ont également été utilisées dans les sciences de la vie, par exemple pour analyser et imager des micro-organismes et des virus avec une tomographie basée sur FIB, fournissant ainsi des informations approfondies sur les structures microscopiques et leur fonction.

Les instruments FIB évoluent constamment vers d’autres énergies, des ions plus lourds et de nouvelles capacités, telles que la génération spatialement résolue de défauts atomiques uniques dans des cristaux par ailleurs parfaits. Un tel traitement FIB de matériaux et de composants présente un énorme potentiel dans les technologies quantiques et informatiques. La gamme d’applications, de la recherche fondamentale au dispositif fini, de la physique, de la science des matériaux et de la chimie aux sciences de la vie et même à l’archéologie, est absolument unique.

« Nous espérons que cette feuille de route inspirera des avancées scientifiques et technologiques et servira d’incubateur pour les développements futurs », déclare Gregor Hlawacek.