Brevet FR2958075A1 — publié le 20110930

L'invention concerne un procédé de réalisation d'une électrode métallique à la surface d'un matériau hydrophobe. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION On connaît des matériaux hydrophobes susceptibles de présenter des caractéristiques physiques intéressantes pour le domaine de l'électronique. Le graphène, par exemple, possède des caractéristiques photoniques qui pourraient apporter grandement au domaine de l'optoélectronique. Cependant, il s'avère complexe de produire un dispositif électronique de qualité à partir d'un matériau hydrophobe. Il est particulièrement complexe de déposer une électrode sur un matériau hydrophobe pur. Il a été pensé un procédé de réalisation d'une électrode métallique comportant l'étape d'approcher d'un matériau hydrophobe une extrémité d'un capillaire, contenant un fluide qui comporte des particules métalliques en solution. Le dépôt d'une goutte de fluide à la surface du matériau est alors provoqué grâce à la technique d'ionisation par électrospray (ElectroSpray Ionization ou ESI en anglais) : l'extrémité du capillaire et la surface du matériau sont soumises à un champ électrique très important au moyen d'une électrode en contact avec l'extrémité du capillaire et une électrode en contact avec la surface du matériau hydrophobe de sorte qu'un courant électrique s'établisse entre les électrodes. Les particules métalliques contenues dans le fluide du capillaire migrent alors sous l'effet du champ électrique vers l'électrode en contact avec la surface du matériau. Du fait de l'importance du champ électrique, les particules métalliques sont violemment expulsées dans des gouttes de fluide vers la surface du matériau. Le solvant s'évapore alors naturellement lors de cette expulsion dans l'air ambiant, l'évaporation pouvant être favorisée par la présence d'un gaz comme l'azote. Cependant, un tel procédé requiert un champ électrique tellement important qu'il provoque, par échauffement, une évaporation locale du fluide dans l'extrémité du capillaire. Seules restent les particules métalliques qui viennent alors boucher l'extrémité du capillaire, empêchant ainsi la formation de gouttes. OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet un procédé de réalisation d'une électrode métallique à la surface d'un matériau hydrophobe permettant d'obvier aux inconvénients précités. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, on propose un procédé de réalisation d'une électrode métallique à la surface d'un matériau hydrophobe, comportant les étapes de : Approcher d'une zone de la surface du matériau une extrémité d'un capillaire contenant un fluide qui comporte des particules métalliques en solution dans un solvant ; - Eclairer ladite zone au moyen d'un rayonnement laser de façon à provoquer tout à la fois l'écoulement d'une goutte de fluide du capillaire, le dépôt de la goutte sur la zone, une évaporation du solvant contenu dans la goutte, et un recuit des particules métalliques sur la surface du matériau pour former l'électrode. Le rayonnement laser créé ainsi des charges électrostatiques par ionisation locale du matériau hydrophobe. Des forces électrostatiques, entre des particules chargées contenues dans le matériau et des particules chargées contenues dans les particules métalliques du fluide, sont ainsi exercées. Ces forces électrostatiques créent un champ électrique entre l'extrémité du capillaire et la surface du matériau. Sous l'action du champ électrique, des charges libres contenues dans le fluide à l'extrémité du capillaire se déplacent ce qui provoque un mouvement macroscopique du fluide. Un tel phénomène est appelé phénomène d'électro-osmose. Ainsi, le mouvement du fluide provoque la formation et l'écoulement de gouttes à l'extrémité du capillaire. Le rayonnement laser permet alors de former l'électrode métallique une fois la goutte déposée sur la surface du matériau. L'extrémité du capillaire n'est ainsi aucunement soumise à une forte tension de sorte que l'invention prévient une évaporation locale du fluide à l'extrémité du capillaire. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier non limitatif de l'invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif opératoire mettant en oeuvre le procédé selon l'invention; - la figure 2 est une représentation schématique des différentes étapes (a,b,c,d) du procédé selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence à la figure 1, le procédé selon l'invention est destiné à être mis en oeuvre dans un dispositif opératoire comportant un ordinateur 1 permettant de contrôler un microscope inversé 2 auquel est connecté un laser 3, le microscope inversé 2 et le laser 3 formant un ensemble fixe. L'ordinateur 1 contrôle également un premier bras manipulateur 4 pouvant en service déplacer un capillaire 5 par rapport au microscope 2 et au laser 3 selon deux axes X, Y de translation dans un plan et un axe de translation Z perpendiculaire à ce plan. L'ordinateur 1 contrôle également un manipulateur (non illustré ici) pouvant en service déplacer un échantillon 6, par rapport au microscope 2 et au laser 3 selon les deux axes X, Y de translation dans le plan et l'axe de translation Z perpendiculaire à ce plan. Le capillaire 5 contient un fluide qui comporte des particules métalliques, ici des particules d'or, en solution dans un solvant. L'échantillon 6 comporte une première fine couche d'un matériau hydrophobe 7 déposée sur un substrat 8 approprié. Selon un mode de réalisation privilégié, la première couche 7 est du graphène et le substrat 8 du verre borosilicaté. Dans le dispositif opératoire, le substrat 8 est orienté face au laser 3 et la première couche 7 orientée face au capillaire 5. En référence à l'étape (a) de la figure 2, l'échantillon 6 est par exemple préparé comme suit. Une couche épaisse du matériau 10 hydrophobe est placée contre une surface du substrat 8. Le substrat 8 est ensuite porté à haute température ce qui provoque dans le substrat 8 une dissociation des oxydes qu'il comporte. Le substrat 8 et la couche épaisse 10 sont alors soumis à un champ électrique au moyen d'une électrode en contact avec le substrat 8 et d'une électrode en contact avec la couche épaisse 10. La dissociation des oxydes dans le substrat 8 rend le substrat 8 faiblement conducteur, suffisamment pour que, sous l'application du champ électrique, un courant électrique s'établisse entre les électrodes. Sous l'effet du champ électrique, les ions mobiles migrent vers l'électrode en contact avec le substrat 8, laissant sur place les ions de charge opposée immobiles qui créent une charge électrique à l'interface entre le substrat 8 et la couche épaisse 10. Au bout d'un certain temps d'application du champ électrique, la surface de la couche épaisse 10 en contact avec le substrat 8 se lie fortement au substrat 8. En référence à l'étape (b) de la figure 2, il suffit alors d'éliminer la majeure partie de la couche épaisse 10 pour ne laisser que la première fine couche 7 liée au substrat 8 et ainsi former l'échantillon 6. Le procédé de dépôt d'une électrode métallique se déroule alors comme suit. En référence à l'étape (c) de la figure 2, une fois l'échantillon en place dans le dispositif de la figure 1, une extrémité du capillaire 5 est approchée près d'une zone de la première couche 7. Le laser 3 éclaire alors la zone de la première couche 7 ce qui provoque une création de charges électrostatiques par ionisation locale de la première couche 7. Des forces électrostatiques s'exercent ainsi entre des particules chargées dans la première couche 7 et des particules chargées contenues dans les particules métalliques du fluide. Ces forces électrostatiques créent ainsi un champ électrique entre l'extrémité du capillaire 5 et la zone de la première couche 7. Le champ électrique provoque, par électro-osmose, un mouvement du fluide contenu dans le capillaire 5 qui à son tour provoque la formation et l'écoulement d'une goutte 9 à l'extrémité du capillaire 5. En tombant sur la zone de la première couche 7, la goutte 9 forme un dépôt de fluide. Le fluide contenu dans le capillaire 5 est ainsi simplement déposé sur la première couche grâce aux forces électrostatiques créées entre des particules chargées contenues dans la première couche 7 et des particules chargées contenues dans les particules métalliques du fluide ainsi qu'au champ électro-osmotique créé dans le capillaire 5. La zone où est effectué le dépôt de la goutte 9 est définie en déplaçant l'échantillon 6 par rapport au capillaire 5. De même, les dimensions dudit dépôt sont contrôlées en rapprochant ou en éloignant l'échantillon 6 du capillaire 5. En référence à l'étape (d) de la figure 2, le laser éclaire à travers le substrat 8 la zone où a été effectué le dépôt de la goutte 9 de sorte à échauffer localement ladite zone. La goutte 9 est ainsi également chauffée ce qui provoque l'évaporation progressive du solvant contenu dans la goutte 9, le laser 3 concentrant les particules d'or au centre de la goutte 9. Simultanément, le chauffage de la goutte 9 provoque un recuit des particules métalliques sur la surface de la première couche 7 formant ainsi une électrode métallique à la surface de la première couche 7. L'éclairage laser joue ainsi plusieurs rôles : - il contribue à créer les charges électrostatiques par ionisation locale du matériau hydrophobe ; - il provoque l'évaporation progressive du solvant contenu dans la goutte, et concentre les particules d'or ; - il permet un recuit des particules et leur fixation sur le matériau hydrophobe. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de mise en oeuvre décrit et est susceptible de variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications. En particulier, bien qu'ici le rayonnement du laser 3 traverse le substrat 8 pour éclairer la zone de la première couche 7, on pourra bien entendu éclairer directement la zone de la première couche 7 sans traverser le substrat en éclairant directement la face libre du matériau hydrophobe. REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'une électrode métallique à la surface d'un matériau hydrophobe (7), comportant les étapes de : - Approcher d'une zone de la surface du matériau (7) une extrémité d'un capillaire (5) contenant un fluide qui comporte des particules métalliques en solution dans un solvant ; Eclairer ladite zone au moyen d'un rayonnement laser (3) de façon à provoquer tout à la fois l'écoulement d'une goutte de fluide du capillaire, le dépôt de la goutte sur la zone, une évaporation du solvant contenu dans la goutte, et un recuit des particules métalliques sur la surface du matériau pour former l'électrode. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le matériau (7) est du graphène. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les particules métalliques sont des particules d'or. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le matériau (7) a été préalablement fixé à un substrat (8). 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le substrat (8) est du verre borosilicaté. 6. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le rayonnement laser traverse le substrat (8) pour éclairer la zone du matériau (7).