Brevet FR2831836A1 — publié le 20030509

Procédé de formation de sites catalytiques sur la surface d'un support La présente invention concerne un procédé de formation de sites catalytiques à la surface d'un substrat. Le document FR-A-97 19 158 décrit un procédé permettant de favoriser localement la croissance d'un dépôt d'un matériau par réaction gaz-solide à la surface d'un substrat. Pour celà, il est proposé dans ce document de coller sur un support cristallin un film mince du même matériau en lui conférant une légère désorientation de sa structure cristalline par rapport à celle du support. Il se produit alors une compensation de cette désorientation par la création de défauts ou dislocations parfaitement organisés qui sont localisés à l'interface du collage et qui génèrent des contraintes dans l'ensemble de la structure et plus particulièrement jusqu'à la surface du film mince sur laquelle sont générés des champs de contrainte organisés. Ces champs de contrainte organisés constituent alors des sites sur lesquels la croissance précitée d'un dépôt est favorisée. Les techniques présentées ci-dessus comportent de nombreuses difficultés soit de mise en oeuvre soit de faisabilité. La présente invention a pour objet un procédé de formation de sites catalytiques sur une surface d'un substrat totalement différent de celui décrit ci-dessus. Selon la présente invention, ce procédé consiste : à déposer sur ladite surface une pellicule d'un liquide contenant des éléments d'une matière vivante, susceptibles de se déplacer lorsqu'ils sont soumis à un champ électrique et/ou magnétique et aptes à former des traces ou altérations catalytiques sur la surface du substrat ; à appliquer un champ électrique et/ou magnétique à ladite pellicule de telle sorte que, sous l'effet de ce champ, au moins certains desdits éléments de matière vivante se déplacent et se rassemblent sur des zones de la surface du substrat ; et à éliminer la pellicule de liquide et la matière vivante en laissant subsister les traces catalytiques laissées par lesdits éléments de matière vivante à la surface du substrat de façon à constituer lesdits sites catalytiques aux endroits de ces traces. Selon une variante de l'invention, le procédé consiste à utiliser une matière vivante portant des éléments sensibles audit champ électrique et/ou magnétique, ces éléments restant sur lesdits sites catalytiques de la surface du substrat après élimination de la pellicule de liquide et de la matière vivante. Selon l'invention, le procédé consiste de préférence à utiliser une matière vivante portant des éléments métalliques. Selon une autre variante de l'invention, le procédé consiste à utiliser une matière vivante apte à altérer la surface du substrat par une action biologique et/ou chimique lorsqu'elle est amenée sur lesdites zones de la surface du substrat, ces zones altérées constituant lesdits sites catalytiques. Selon l'invention, ladite opération d'élimination est effectuée par séchage. Selon l'invention, le procédé consiste de préférence, après ladite opération d'élimination, à effectuer une opération de dépôt d'un matériau apte à se déposer sélectivement sur lesdites traces catalytiques desdits sites catalytiques de façon à constituer en particulier des ilôts espacés dudit matériau. Selon l'invention, le procédé consiste de préférence à effectuer ladite opération de dépôt par réaction gaz-solide ou liquide-solide. D'une manière générale, on entend par site catalytique, un endroit sur lequel on favorise une réaction propre à engendrer le dépôt d'un matériau. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de différents modes d'obtention de sites catalytiques, décrits à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par le dessin sur lequel : - les figures 1 à 4 montrent les principales étapes d'un premier mode d'obtention de sites catalytiques ; - les figures 5 à 8 montrent les principales étapes d'un second mode d'obtention de sites catalytiques ; - et les figures 9 à 13 montrent les principales étapes d'un troisième mode d'obtention de sites catalytiques. EXEMPLE 1 En se reportant à la figure 1, on voit qu'on dispose d'un substrat ou support 1 de forme parallélépipédique, de préférence en un matériau isolant électrique, qui présente une surface supérieure 2. On dépose sur cette surface 2 une pellicule 3 d'un liquide minéral ou aqueux contenant des éléments 4 de taille microscopique d'une matière vivante. Cette pellicule 3 est déposée de façon que son épaisseur soit sensiblement constante et que les éléments 4 de matière vivante soient répartis dans la pellicule de liquide 3, de préférence régulièrement. Cette matière vivante est choisie de telle sorte que ces éléments 4 contiennent, sur sa périphérie et/ou à l'intérieur de sa membrane, des particules 5 métalliques ou de métal dissout. En référence à la figure 2, on voit qu'ensuite on place aux extrémités de la surface 2 du substrat 1 des plaques parallèles 6 et 7 conductrices de l'électricité de telle sorte que ces plaques soient en contact avec des zones opposées 8 et 9 de la pellicule de liquide 3. Les plaques 6 et 7 sont reliées à une source d'énergie électrique 10, via un organe de contrôle tel qu'un interrupteur 11. En actionnant cet organe de contrôle 11, les plaques 6 et 7 sont alimentées en énergie électrique et un champ électrique ou magnétique est alors généré dans la pellicule de liquide 3. Les éléments 4 de matière vivante, sous l'effet de ce champ électrique qui s'applique sur les particules métalliques 5 qu'ils portent, se déplacent ou migrent dans la pellicule de liquide 3 et se rassemblent sur des zones 12 correspondant sensiblement aux lignes de champ du champ électrique généré. Comme le montre la figure 3, on place ensuite le substrat 1 dans un four 13 équipé d'un moyen de chauffage 13a et d'une entrée de gaz 13b. On fait régner une température d'environ 1000 degrés et une atmosphère déductrice des particules métalliques 5, de façon à provoquer par séchage l'élimination de la pellicule de liquide 3 et l'élimination des éléments 4 de matière vivante, en laissant subsister les traces constituées par les particules 5 réduites et sans changer substantiellement leurs positions et leurs espacements sur la surface 2 du substrat 1. Il en résulte que les particules métalliques 5 qui étaient portées par les éléments 4 de matière vivante se déposent ou restent sur les zones 12 de la surface 2 du substrat 1 dans lesquelles elles ont migré, ces zones étant formées sensiblement selon des lignes rectilignes et parallèles entre elles. On obtient alors, sur la face 2 du substrat 1, des sites catalytiques 14 formés aux endroits des particules métalliques 5 subsistantes et répartis de façon organisée sur la surface 2 du substrat 1. Dans le cas où la surface 2 présente une largeur d'environ deux centimètres et une longueur d'environ cinq centimètres, l'épaisseur de la pellicule de liquide 3 peut être comprise entre 0,1 millimètre et un millimètre, la concentration des éléments 4 de matière vivante peut être comprise entre 0,5 microgramme et cinq microgrammes de protéines par millilitre, une bactérie étant constituée, de façon connue en soi, d'une grande quantité de protéines. Les particules métalliques sont en général inférieures au micron Comme le montre la figure 4, on peut alors injecter dans le four 13 un mélange de gaz réactifs afin d'engendrer par dépôt une germination ou une croissance d'ilôts constitués de tubes ou de cylindres nanométriques 15 préférentiellement sur les sites catalytiques organisés 14 de la surface 2 du substrat 1. Dans un exemple de réalisation, le substrat 1 peut être un oxyde de silicium. Les éléments 4 de matère vivante peuvent être des bactéries de la famille des thiobacilles et porter, à l'intérieur de leur membrane ou à leur périphérie, des particules 5 d'oxyde de fer. Après séchage et réduction sous une atmosphère réductrice d'hydrogène, on obtient des sites catalytiques 14 de particules nanométriques de fer. On peut alors procéder par dépôt, grâce à une réaction gazsolide sous une atmosphère à base de carbone tel que de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène, à une germination et une croissance d'ilôts constitués de tubes ou de cylindres nanométriques 15 de carbone sur les particules de fer. EXEMPLE 2 En se reportant à la figure 5, on voit que, comme dans l'exemple précédent, on dispose d'un substrat ou support 16 qui présente une surface supérieure 17 sur laquelle est déposée une pellicule 18 d'un liquide minéral contenant des éléments 19 d'une matière vivante. Le matériau ou la matière constituant la surface 17, ou une couche supérieure de ce substrat ou ce substrat lui-même, et la matière vivante sont choisis de telle sorte que la matière vivante soit apte à altérer la surface du substrat par une action biologique et/ou chimique. En référence à la figure 6, on voit que, comme dans l'exemple précédent, on soumet de préférence immédiatement les éléments 19 de matière vivante à un champ électrique ou magnétique par l'intermédiaire de deux plaques 20 et 21 opposées reliées à une source d'énergie électrique 22 contrôlée par un organe 23, de façon que les éléments 19 de matière vivante migrent et se regroupent sur des zones 24 de la surface 17 du substrat 16. Le champ électrique étant maintenu de façon à fixer les positions des éléments 19 de matière vivante, ces éléments 19 altèrent la surface 17 du substrat 16 par une action ou une attaque biologique ou chimique aux endroits où ils sont placés. Dans une variante d'exécution, on pourrait placer le substrat dans une enceinte dans laquelle on pourrait faire régner une atmosphère gazeuse d'activation de l'action ou de l'attaque biologique ou chimique des éléments 19 de matière vivante. Comme le montre la figure 7, on place ensuite le substrat 16 dans un four 25 muni d'un organe de chauffage 25a et d'une entrée de gaz 25b, de façon à provoquer une opération de séchage et d'élimination du liquide 18 et des éléments 19 de matière vivante. Il subsiste alors des traces catalytiques d'attaque constituant des sites catalytiques 26 espacés sur les zones 24 de la surface 17 du substrat 16 aux endroits où les particules 19 de matière vivante ont été amenées. Dans un exemple de réalisation, le substrat 16 peut être recouvert d'une fine couche 16a d'un sulfure ou d'un sulfate et la matière vivante peut être composée de bactéries de la famille des thiobacilles ayant la propriété de pouvoir mettre en solution le sulfure ou le sulfate choisi. En particulier, la couche 16a peut être faite de sulfure de fer de telle sorte que l'attaque biologique ou chimique de éléments 19 de matière vivante engendre une consommation de la fine couche de sulfure de fer pour laisser des particules de fer sur les zones 24, qui constituent les sites catalytiques 26. En référence à la figure 8, on voit qu'on peut alors, comme dans l'exemple précédent, injecter un gaz réactif adapté dans le four 25 afin d'obtenir une germination ou une croissance d'ilots nanométriques 27 de carbone préférentiellement sur les sites catalytiques organisés 26 de la surface 17 du substrat 16. EXEMPLE 3 En se reportant à la figure 9, on voit que, comme dans les exemples précédents, on dispose d'un substrat ou support 28 qui présente une surface supérieure 29 sur laquelle est déposée une pellicule 30 d'un liquide minéral contenant des éléments 31 d'une matière vivante. Dans cet exemple, les éléments de matière vivante sont des bactéries dites magnétostatiques ; qui ont la propriété de s'orienter dans un champ magnétique grâce au fait qu'elles contiennent des particules ferro ou ferrimagnétiques 31a généralement appelées des magnétosomes, environ de 0,3 micron. Comme le montre la figure 10, on installe alors le substrat 28 entre les pôles 32 et 33 d'un système magnétique, placés de part et d'autre des extrémités de la surface 29, qui génère un champ magnétique sous l'effet duquel les éléments 31 de matière vivante migrent et se placent sur des zones 34 déterminées par les lignes de champ du champ magnétique créé. Comme le montre la figure 11, on place ensuite le substrat dans un four 35 de séchage et d'élimination du liquide 30 et des éléments 31 de la matière vivante, muni à cet effet d'un organe de chauffage 35a et d'une entrée de gaz 35b. Subsistent alors, sur la surface 29 du substrat 28, des sites catalytiques 37 composés des magnétosomes 31a rassemblés dans les zones 34. Comme le montre la figure 12, on fixe les magnétosomes 31a subsistant sur la surface 29 grâce à une couche déposée 37, sans modifier les positions et les espacements des magnétosomes 31a déterminant les sites catalytiques 36. En référence à la figure 13, on procède, comme dans les exemples précédents, à une réaction gaz-solide ou liquide-solide dans un four 38, muni d'un organe de chauffage 38a et d'une entrée de gaz 38b, de façon à obtenir une destruction de la mince couche 37 et une germination ou une croissance d'un matériau 39 tel que du carbone ou du cuivre par dépôt électrolytique sur les sites catalytiques 36 organisés sur la surface 29 du substrat 28. Il résulte des exemples décrits que les sites catalytiques et les ilôts de dépôts obtenus peuvent être utilisés, en fonction du matériau les composant, en particulier à titre d'éléments de connexion électrique, d'éléments d'émission électronique ou d'éléments servant à la réalisation de dispositifs mettant en oeuvre un phénomène de blocage de Coulomb, notamment dans le domaine de la fabrication de composants semi-conducteurs tels que des émetteurs, des transistors à effet de champ, des détecteurs ou des mémoires et plus généralement dans le domaine de la micro- électronique. La présente invention ne se limite pas aux exemples cidessus décrits. Bien des variantes sont possibles sans sortir du cadre défini par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Procédé de formation de sites catalytiques sur une surface d'un substrat, caractérisé par le fait qu'il consiste : - à déposer sur ladite surface une pellicule (3) d'un liquide contenant des éléments (4) d'une matière vivante, susceptibles de se déplacer lorsqu'ils sont soumis à champ électrique et/ou magnétique et aptes à former des traces ou altérations catalytiques sur la surface du substrat ; - à appliquer un champ électrique et/ou magnétique à ladite pellicule de telle sorte que, sous l'effet de ce champ, au moins certains desdits éléments de matière vivante se déplacent et se rassemblent sur des zones de la surface du substrat ; - et à éliminer la pellicule de liquide et la matière vivante en laissant subsister les traces catalytiques laissées par lesdits éléments de matière vivante à la surface du substrat de façon à constituer lesdits sites catalytiques (14) aux endroits de ces traces. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il consiste à utiliser une matière vivante portant des particules (5) sensibles audit champ électrique et/ou magnétique, ces particules constituant lesdits sites catalytiques de la surface du substrat après élimination de la pellicule de liquide et de la matière vivante. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il consiste à utiliser une matière vivante portant des particules métalliques. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il consiste à utiliser une matière vivante apte à altérer la surface du substrat par une action biologique et/ou chimique lorsqu'elle est amenée sur lesdites zones de la surface du substrat, ces zones altérées (36) constituant lesdits sites catalytiques. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite opération d'élimination est effectuée par séchage. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il consiste, après ladite opération d'élimination, à effectuer une opération de dépôt d'un matériau apte à se déposer sélectivement sur lesdites traces catalytiques desdits sites catalytiques de façon à constituer en particulier des ilôts espacés (15,27, 39) dudit matériau. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il consiste à effectuer ladite opération de dépôt par réaction gazsolide ou liquide-solide.