NanolithographyNanolithography (NL) is a growing field of techniques within nanotechnology dealing with the engineering (patterning e.g. etching, depositing, writing, printing etc) of nanometer-scale structures on various materials. The modern term reflects on a design of structures built in range of 10−9 to 10−6 meters, i.e. nanometer scale. Essentially, the field is a derivative of lithography, only covering very small structures. All NL methods can be categorized into four groups: photo lithography, scanning lithography, soft lithography and other miscellaneous techniques.
Microscopie à sonde localeLa microscopie à sonde locale (MSL) ou microscopie en champ proche (MCP) ou scanning probe microscopy (SPM) en anglais est une technique de microscopie permettant de cartographier le relief (nano-topographie) ou une autre grandeur physique en balayant la surface à imager à l'aide d'une pointe très fine (la pointe est idéalement un cône se terminant par un seul atome). Le pouvoir de résolution obtenu par cette technique permet d'observer jusqu'à des atomes, ce qui est physiquement impossible avec un microscope optique, quel que soit son grossissement.
Microscopie électronique en transmissionvignette|upright=1.5|Principe de fonctionnement du microscope électronique en transmission. vignette|Un microscope électronique en transmission (1976). La microscopie électronique en transmission (MET, ou TEM pour l'anglais transmission electron microscopy) est une technique de microscopie où un faisceau d'électrons est « transmis » à travers un échantillon très mince. Les effets d'interaction entre les électrons et l'échantillon donnent naissance à une image, dont la résolution peut atteindre 0,08 nanomètre (voire ).
Self-assembly of nanoparticlesNanoparticles are classified as having at least one of three dimensions be in the range of 1-100 nm. The small size of nanoparticles allows them to have unique characteristics which may not be possible on the macro-scale. Self-assembly is the spontaneous organization of smaller subunits to form larger, well-organized patterns. For nanoparticles, this spontaneous assembly is a consequence of interactions between the particles aimed at achieving a thermodynamic equilibrium and reducing the system’s free energy.
Dépôt chimique en phase vapeurvignette|Schéma d'un CVD Le dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD pour l'anglais chemical vapor deposition) est une méthode de dépôt sous vide de films minces, à partir de précurseurs gazeux. La CVD est un procédé utilisé pour produire des matériaux solides de haute performance, et de grande pureté. Ce procédé est souvent utilisé dans l'industrie du semi-conducteur pour produire des couches minces. Dans un procédé CVD typique, le substrat est exposé à un ou plusieurs précurseurs en phase gazeuse, qui réagissent et/ou se décomposent à la surface du substrat pour générer le dépôt désiré.
Microscopie électronique à balayagethumb|right|Premier microscope électronique à balayage par M von Ardenne thumb|right|Microscope électronique à balayage JEOL JSM-6340F thumb|upright=1.5|Principe de fonctionnement du Microscope Électronique à Balayage La microscopie électronique à balayage (MEB) ou scanning electron microscope (SEM) en anglais est une technique de microscopie électronique capable de produire des images en haute résolution de la surface d’un échantillon en utilisant le principe des interactions électrons-matière.
Microscope électroniquethumb|Microscope électronique construit par Ernst Ruska en 1933.thumb|Collection de microscopes électroniques anciens (National Museum of Health & Medicine). Un microscope électronique (ME) est un type de microscope qui utilise un faisceau d'électrons pour illuminer un échantillon et en créer une très agrandie. Il est inventé en 1931 par des ingénieurs allemands. Les microscopes électroniques ont un pouvoir de résolution supérieur aux microscopes optiques qui utilisent des rayonnements électromagnétiques visibles.
Microscope électronique en transmission à balayagevignette|Exemple de Microscope électronique en transmission à balayage VG501 Un microscope électronique en transmission à balayage (METB ou en anglais STEM pour scanning transmission electron microscope) est un type de microscope électronique dont le principe de fonctionnement allie certains aspects du microscope électronique à balayage et du microscope électronique en transmission. Une source d'électrons focalise un faisceau d'électrons qui traverse l'échantillon.
Productive nanosystemsThe Technology Roadmap for Productive Nanosystems defines "productive nanosystems" as functional nanoscale systems that make atomically-specified structures and devices under programmatic control, i.e., they perform atomically precise manufacturing. Such devices are currently only hypothetical, and productive nanosystems represents a more advanced approach among several to perform Atomically Precise Manufacturing. A workshop on Integrated Nanosystems for Atomically Precise Manufacturing was held by the Dept.
Microfabricationalt=Micro-sculpture - Microlight3D|vignette|La « plus petite sculpture du monde », micro-autoportrait de l'artiste plasticien Michel Paysant imprimé en 3D avec une machine utilisant la technique de polymérisation à deux photons. La microfabrication est l'ensemble des techniques de fabrication permettant de produire des dispositifs avec des structures de l'ordre du micromètre et en dessous.
NanostructureUne nanostructure est un assemblage d'atomes ou de molécules dont au moins une dimension est comprise entre 0,1 et 100 nanomètres. En pratique, on tolère un certain débordement dans ces limites. Ainsi, un nanofil est une nanostructure dont le diamètre est compris entre 0,1 à 100 nanomètres. Les nanostructures se retrouvent dans la nature et sont étudiées par les nanotechnologies du microscope jusqu'aux visualisations avancées des protéines (une protéine peut faire un nanomètre de diamètre).
Microscope à effet tunnelthumb|Atomes de silicium à la surface d'un cristal de carbure de silicium (SiC). Image obtenue à l'aide d'un STM. Le microscope à effet tunnel (en anglais, scanning tunneling microscope, STM) est inventé en 1981 par des chercheurs d'IBM, Gerd Binnig et Heinrich Rohrer, qui reçurent le prix Nobel de physique pour cette invention en 1986. C'est un microscope en champ proche qui utilise un phénomène quantique, l'effet tunnel, pour déterminer la morphologie et la densité d'états électroniques de surfaces conductrices ou semi-conductrices avec une résolution spatiale pouvant être égale ou inférieure à la taille des atomes.
NanotechnologieLes nanosciences et nanotechnologies (d’après le grec , « nain »), ou NST, peuvent être définies au minimum comme l’ensemble des études et des procédés de fabrication et de manipulation de structures (physiques, chimiques ou biologiques), de dispositifs et de systèmes matériels à l’échelle du nanomètre (nm), qui est l'unité la plus proche de la distance entre deux atomes. Les NST présentent plusieurs acceptions liées à la nature transversale de cette jeune discipline.
Microscope à force atomiquethumb|350px|Le premier microscope à force atomique du monde, au musée de la Science de Londres. Le microscope à force atomique (AFM pour atomic force microscope) est un type de microscope à sonde locale permettant de visualiser la topographie de la surface d'un échantillon. Inventé en 1985, par Gerd Binnig, Calvin Quate et Christoph Gerber, ce type de microscopie repose essentiellement sur l'analyse d'un objet point par point au moyen d'un balayage via une sonde locale, assimilable à une pointe effilée.
Ablation laser pulséL'ablation laser pulsé (en anglais Pulsed Laser Deposition ou PLD) est une méthode de dépôt en couches minces utilisant un laser de très forte puissance. Elle permet de facilement produire divers alliages binaires. Expérimentée pour la première fois en 1965, par H.M. Smith et A.F. Turner, la découverte de l'ablation laser pulsé fait suite aux récentes avancées concernant l'étude et la compréhension des phénomènes d'interactions entre les lasers et les surfaces solides.
Atomic layer depositionL’atomic layer deposition (ALD) est un procédé de dépôt de couches minces atomiques. Le principe consiste à exposer une surface successivement à différents précurseurs chimiques afin d'obtenir des couches ultra-minces. Il est utilisé dans l'industrie des semi-conducteurs. L'énorme avantage de l'ALD est de pouvoir faire une monocouche sur une surface présentant un très fort rapport d'aspect (des creux et des bosses). Notamment car la réaction de CVD se déroule directement à la surface, sur une monocouche de gaz précurseurs adsorbés.
Dip-pen nanolithographyDip pen nanolithography (DPN) is a scanning probe lithography technique where an atomic force microscope (AFM) tip is used to create patterns directly on a range of substances with a variety of inks. A common example of this technique is exemplified by the use of alkane thiolates to imprint onto a gold surface. This technique allows surface patterning on scales of under 100 nanometers.
Nanoélectroniquevignette|Structure d'un transistor FinFET La nanoélectronique fait référence à l'utilisation des nanotechnologies dans la conception des composants électroniques, tels que les transistors. Bien que le terme de nanotechnologie soit généralement utilisé pour des technologies dont la taille est inférieure à environ , la nanoélectronique concerne des composants si petits qu'il est nécessaire de prendre en compte les interactions interatomiques et les phénomènes quantiques.
NanomatériauUn nanomatériau est un matériau (sous forme de poudre, aérosol ou quasi-gaz, suspension liquide, gel) possédant des propriétés particulières à cause de sa taille et structure nanométrique. Les nanomatériaux sont habituellement issus de la nanotechnologie, à la différence des nanoparticules qui peuvent être d'origine naturelle ou résulter de processus tels que le soudage, le fumage, le polissage. Le , la Commission européenne publie ses recommandations relatives à la définition des nanomatériaux (recommandation 2011/696/UE) : .
Dépôt physique par phase vapeurvignette|Montage expérimental d’une évaporation par dépôt chimique vapeur Le dépôt physique en phase vapeur (ou PVD pour l'anglais physical vapor deposition) est un ensemble de méthodes de dépôt sous vide de films minces : Évaporation directe : Évaporation sous vide (ou évaporation) Évaporation par faisceau d'électron en phase vapeur (angl. electron beam evaporation) Pulvérisation cathodique (sputtering) : les particules de métal sont séparées de leur substrat par bombardement ionique.
