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Les Mems à l'échelle nano

R. L.
La réalisation de système électromécaniques à l'échelle nanométrique ouvre la voie à des fonctions inédites. Les applications sont prometteuses dans la santé et l'environnement.

L'INNOVATION

Vous connaissez les Mems , microsystèmes électromécaniques. Voici les Nems, leur avatar à l'échelle nanométrique. Les Mems utilisent des éléments mécaniques sensibles de quelques microns à quelque 10 µm. Pour les Nems, la taille descend jusqu'à environ 10 nm. Ainsi, il devient possible d'intégrer davantage d'éléments sensibles afin de réaliser des applications de détection impossibles à effectuer avec la technologie Mems.

LES AVANTAGES

La miniaturisation vise à obtenir des capacités de détection inédites. La densité d'éléments sensibles passe de quelques milliers /cm2 pour les Mems à quelques millions/cm2 pour les Nems. De quoi multiplier la sensibilité par facteur 1 000 et répartir davantage la mesure sur la surface du capteur. La sensibilité de détection se compte en ppb (particule par milliard) ! L'autre avantage réside dans la redondance. La présence d'éléments sensibles défectueux a moins d'incidence sur la fiabilité de la mesure. Enfin, la réduction de la taille est synonyme de baisse des coûts, puisqu'il sera possible de produire bien plus de dispositifs par plaquette de silicium. Ainsi, selon le CEA-Leti, une plaquette de 200 mm de diamètre peut fournir 3,5 millions de pièces.

- Les Nems ne visent pas à remplacer les Mems dans leurs applications actuelles : capteur de pression, accéléromètre, gyromètre, magnétomètre, tête d'impression à jet d'encre, puce à miroirs, etc. D'ailleurs, réduire la taille irait à l'encontre de l'objectif de performance recherché pour un accéléromètre par exemple. Les Nems ouvrent des applications nouvelles de détection. D'abord comme nez électronique pour la mesure d'éléments polluants dans l'air d'une pièce, ou la détection de la présence dans l'haleine de molécules caractéristiques d'une maladie (cancer, asthme...). Ensuite comme détecteur biologique pour l'analyse d'un grand nombre de molécules dans un liquide.

LES DÉFIS À RELEVER

La première difficulté concerne l'adressage et la lecture des informations d'un aussi grand nombre d'éléments sensibles intégrés. Il faut aussi pouvoir associer à la partie capteur proprement dite des fonctions électroniques d'analyse et de traitement.

- Les concepteurs manquent encore d'outils CAO dédiés et stabilisés. Enfin, en fabrication, la miniaturisation fait apparaître des problèmes de variabilité de la taille et des propriétés physiques. Les chercheurs travaillent sur la maîtrise de ces phénomènes et l'amélioration de la répétabilité des process.

LES PIONNIERS

Aux États-Unis, le Caltech a fait la démonstration de prototypes fonctionnels pour la détection de sarin. Cornell University en a fait de même dans la détection biologique. Schlumberger est actif sur le sujet. En Europe, le CEA-Leti et le CNM (Barcelone) figurent parmi les plus avancés. En 2010, le Caltech et le CEA-Leti ont lancé un programme conjoint visant à accélérer la mise sur le marché des Nems.

COMMERCIALISATION

2015 à 2020

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