Optimiser la fabrication et l’intégration de micro-capteurs grâce à l’écriture laser
Gain de coût, gain de temps, miniaturisation ! En jouant sur la puissance d’une source laser et la teneur en oxygène de l’air, des chercheurs de l’Institut de science des matériaux de Mulhouse (CNRS/Université de Haute-Alsace) et leurs collègues taïwanais (National Chiao Tung University, Hsinchu) ont conçu en une seule étape des structures micrométriques composites de dioxyde de titane et carbone. Ce matériau présentant un comportement piézorésistif (sa conductivité électrique peut être modulée par l’application d’une contrainte mécanique) a servi à la conception d’un micro-capteur de pression par écriture laser. Ces travaux, publiés dans la revue Advanced Materials, offrent de belles perspectives à l’intégration simplifiée de microstructures complexes aux propriétés électriques modulables dans des dispositifs microélectroniques, tels que des laboratoires sur puce.
Les oxydes métalliques, dont fait partie le dioxyde de titane (TiO2), sont utilisés dans de nombreux domaines comme la santé (capteurs de fréquence cardiaque, etc.) ou la robotique (peau artificielle, etc.). Cependant, leur intégration dans des dispositifs de taille micro ou nanométrique reste complexe et nécessite plusieurs étapes. En maîtrisant l’interaction lumière-matière, une collaboration internationale impliquant des chercheurs de l’Institut de science des matériaux de Mulhouse (CNRS/Université de Haute-Alsace) a permis la fabrication de microstructures de TiO2 en une seule étape. À l’aide d’une source laser localisée, les chercheurs dessinent des architectures sur mesure. Ils modulent ainsi les propriétés des structures de TiO2 de sorte à obtenir un matériau amorphe (structure atomique désordonnée) ou bien cristallin (structure atomique ordonnée) en modifiant uniquement la puissance du laser.
Les chercheurs démontrent également que l’absence d’oxygène favorise la formation de carbone dans la matrice TiO2, ce qui entraîne une augmentation de la conductivité (la capacité à conduire l’électricité) du matériau final. Pour illustrer l’impact de ces travaux, un capteur de pression miniaturisé a été réalisé. En plus d’être conducteur, il présente un comportement piézorésistif : il réagit en fonction de la contrainte mécanique appliquée, ce qui permet de mesurer précisément cette dernière. Une bonne sensibilité du capteur pour de faibles pressions a été mise en évidence via l’utilisation d’un microscope à force atomique. Ces travaux pourront également être utilisés pour la fabrication d’autres types de capteurs miniatures (capteur d’humidité, de lumière, etc.) ainsi que pour leur intégration directe dans des dispositifs microélectroniques comme des laboratoires sur puce.
© Shangu-Yu Yu
Référence
S-Y. Yu, G. Shrodj, K. Mougin, J. Dentzer, J-P. Malval, H-W. Zan, O. Soppera et A. Spangenberg
Direct Laser Writing of Crystallized TiO2 and TiO2/Carbon Microstructures with Tunable Conductive Properties
Advanced Materials – Octobre 2018
DOI: 10.1002/adma.201805093