Nés avec le Laboratoire de microstructures et de microélectroniques (L2M-CNRS) de Bagneux dans les années 1990, les efforts de R&D sur les sources d'ions à métal liquide ont été méthodiquement poursuivis et renforcés en rassemblant autour de la Plateforme Instrumentation et Sources d'Ions du C2N une équipe compacte et un ensemble d’équipements d’étude et de technologies uniques dans leur domaine. Au départ les efforts de l’équipe étaient exclusivement dédiés au développement de la technologie FIB (Focused Ion Beam) une technique très populaire, particulièrement polyvalente et puissante très largement utilisée dans le domaine de l’inspection des composants et circuits intégrés fabriqués par l’industrie des semi-conducteurs. L’équipe a ouvert de nouvelles perspectives avec l’emploi d’espèces ioniques alternatives permettant des approches de types ascendants consistant à faire croitre ou agglomérer des atomes ou des particules autour d'un germe induit localement. Ces dernières avancées ouvrent de nouvelles perspectives pour les nanotechnologies.
Depuis quelques années l’équipe s’est investie dans le développement de technologies de propulsion spatiales à l’invitation du Centre National d’Etudes Spatiales (CNES), technologies toujours basées sur le principe d’émission par effet de champ d’ions rapides. L’équipe à ce jour a déposé plusieurs brevets.
Plateforme Instrumentation
GIERAK Jacques - Ingénieur de recherche CNRS (Responsable)
ABRUNHOSA Sofia - Ingénieur de recherche CNRS (CDD)
FRANÇOIS Léonard - Ingénieur de recherche CNRS (CDD)
RAYNAUD Gilles - Enseignant Chercheur (Eméritat)
La Nanofabrication
L'équipe a construit un ensemble d’équipement et une installation unique "FIB Nanowriter" définissant l’état de l’art en termes d'ingénierie. Cette technologie est basée sur une profonde maîtrise de la physique des émetteurs d'ions de forte brillance qui s’est poursuivie par leur application à la nano-écriture directe. La beauté de l'approche réside dans le fait qu’elle permet à l’échelle de la dizaine de nanomètres de doser l’intensité de l’interaction ions-matière sur près de 6 ordres de grandeur depuis les très faibles doses avec la génération de défauts de surface, au mélange localisé de couches minces pour parvenir à la gravure localisée.
Un partenariat solide débuté en 2002 existe entre notre équipe et la société Raith GmbH, leader mondial des instruments de lithographie. Les outils FIB de cette société sont en effet basés sur les technologies de génération de faisceaux d’ions Gallium uniques développées par et dans notre équipe du C2N. Plus de vingt ans après les premiers échanges, les bénéfices mutuels de cette collaboration vivace sont toujours partagés avec de nouveaux projets en gestation.
La Propulsion Spatiale
Grâce aux connaissances acquises au cours des décennies de recherche sur le FIB, notamment dans la production de sources d'ions de la plus haute qualité en termes de stabilité spatiale et temporelle, l'équipe a commencé à utiliser les mêmes principes physiques, mais désormais orientés vers la propulsion spatiale. Cette démarche a été soutenue par un programme de collaboration avec le Centre National d’Etudes Spatiales (CNES), en particulier, sur les propulseurs ioniques-liquides (ILT) qui exploitent la même physique de base que les sources d'ions métalliques liquides (LMIS), mais à partir d’un sel liquide à température ambiante et non toxique.
À la suite de ce développement, une start-up, ION-X, a été créée pour valoriser cette nouvelle technologie. Cette création a été soutenue par un effort conjoint du CNRS et de son partenaire TechnoFounders. Son niveau de performance en termes de rapport poids/puissance et d’endurance le positionne de manière adaptée aux nouveaux satellites de tailles réduites (1-300 kg), lorsqu'il est utilisé dans un système de multi-émetteurs. Afin de satisfaire les exigences d'autres acteurs du milieu spatial, notamment Airbus Defense and Space, en ce qui concerne les missions dans l'espace lointain et la propulsion de satellites de plus grand poids, une technologie similaire visant des valeurs de poussée plus élevées (>100 µN/cm²) a été mise au point. Ceci a été soutenu par un effort conjoint du CNES et du CNRS Innovation (projets France Relance - PSM Widerange et CNRS Prematuration HFire).
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