Le dépôt par couche atomique déployé à grande échelle

Le dépôt par couche atomique (ALD pour Atomic layer deposition) consiste à empiler des couches d’atomes les unes sur les autres comme des crêpes. Les atomes proviennent d’un matériau vaporisé dit "précurseur”. L’ALD est une technique bien établie dans la fabrication de composants microélectroniques comme les semi-conducteurs, les têtes magnétiques d’enregistrement sonore ou les capteurs en bioingénierie et diagnostic.

Par contre, il est difficile d’appliquer l’ALD au dépôt de couches sur de plus grandes surfaces – tout particulièrement pour produire des matériaux dont le coût doit rester contenu, comme les catalyseurs ou les dispositifs solaires.

«L’obstacle majeur n’est pas tant de produire de bons matériaux que de le faire à moindre coût», explique le professeur Jeremy Luterbacher, directeur du Laboratoire des procédés durables et catalytiques à l’EPFL (LPDC). «Enduire de larges surfaces avec une méthode de phase gazeuse requiert de longues périodes de déposition et d’énormes surplus de précurseurs. Ces deux paramètres accroissent les coûts», ajoute le doctorant Benjamin Le Monnier, qui a réalisé l’essentiel de cette recherche.

Le LPDC a désormais développé une solution. En utilisant l’ALD dans une phase liquide, les scientifiques peuvent produire des matériaux indiscernables de ceux fabriqués avec une phase gazeuse. Les équipements sont bien meilleur marché et ne consomment pas de précurseur en excès.

Illustration artistique du dépôt par couche atomique. Crédit J. Luterbacher (EPFL)

Plus de précision pour réduire les coûts

Les chercheurs sont parvenus à ces résultats en mesurant soigneusement le ratio des précurseurs réactifs avant de les injecter sur la surface d’un substrat. De la sorte, ils ont utilisé l’exacte quantité requise de précurseur, et éliminé les restes qui entraînent réactions indésirables et gaspillage.

Cette nouvelle méthode réduit également les coûts en ne reposant que sur de l’équipement de laboratoire standard pour la synthèse chimique. On peut facilement la déployer à plus large échelle et enduire plus de 150 grammes de matériaux avec le même équipement bon marché, sans affecter la qualité du revêtement. Le procédé peut même produire des enduits hors de portée des ALD en phase gazeuse, par exemple en utilisant des précurseurs non volatiles.

«Nous pensons que cette technique pourrait sensiblement démocratiser l’utilisation de l’ALD pour les catalyseurs et d’autres matériaux de superficie élevée», explique Jeremy Luterbacher.