Des minicapteurs partout grâce à une nouvelle technologie

En 2014, le marché mondial des microsystèmes électromécaniques, plus communément appelés Mems (Micro Electro Mechanical Systems) s’élevait à pas moins de 11 milliards d’euros. Un marché toujours en croissance puisqu’il est estimé que la production de composants électroniques basés sur des Mems devrait passer de quelque 13 milliards en 2015 à 20 milliards en 2020. Et cette croissance pourrait encore être accélérée si l’on en juge par deux publications récentes de chercheurs américains des Microsystems Technologies Laboratories du Massachusetts Institute of Technology (MIT). Ceux-ci présentent en effet une nouvelle technique qui pourrait permettre de produire des MEMS à un centième seulement du coût de production actuel. Et ce, bien sûr, sans aucune perte de qualité.

Rappelons que les premiers Mems ont été commercialisés dans les années 1980. Il s’agit de systèmes dont la taille varie de quelques microns à quelques nanomètres. Ils comprennent un ou plusieurs éléments mécaniques et utilisent l’électricité comme source d’énergie pour assurer des fonctions de capteurs ou d’actionneurs. Même si les domaines d’application sont nombreux, le marché est largement dominé par quelques applications seulement. Car les investissements nécessaires à la fabrication de Mems restent lourds. On en trouve donc essentiellement dans des applications très largement répandues comme, par exemple, dans les systèmes de déclenchement des airbags ou dans les systèmes de réorientation de la plupart des écrans de smartphones.

Des chercheurs du MIT se sont intéressés à la fabrication de capteurs de gaz à base de Mems. Et la méthode de fabrication qu’ils ont développée a produit des capteurs au moins aussi performants que ceux fabriqués dans des usines de production traditionnelles. Quant au composant central de cette nouvelle méthode de fabrication, il peut être produit à l’aide d’une simple imprimante 3D. De quoi obtenir des capteurs de gaz non seulement performants mais aussi plus rapides que les capteurs classiques à un prix défiant toute concurrence !

Du low cost grâce à l’impression 3D

Pour en arriver là, les chercheurs du MIT se sont libérés de toutes les contraintes qui pèsent habituellement sur les usines de production de composants et ont fait jouer à plein les avantages de la fabrication additive. Par exemple, la croissance des oxydes dans le milieu des semi-conducteurs nécessite habituellement une température de quelque 1.000 °C et un vide poussé doit être créé pour éviter les contaminations. Alors que là, « la température la plus élevée que nous ayons atteinte devait se situer aux alentours de 60 °C », assure Luis Fernando Velasquez-Garcia, l’un des auteurs de l’étude.

Le secret de la réussite des chercheurs américains repose sur une technique dite d’électronébulisation qui implique une grande densité d’électronébuliseurs capables d’éjecter des flux microscopiques de fluides lorsqu’ils sont soumis à de forts champs électriques. Avec de tels électronébuliseurs – produits à partir d’une imprimante 3D haute définition et donc facilement adaptables à une application particulière -, ils ont pu pulvériser, sur un substrat de silicium, un fluide contenant de minuscules flocons d’oxyde de graphène. Après évaporation du fluide, ne reste qu’un revêtement d’oxyde de graphène de quelques dizaines de nanomètres d’épaisseur. Ce revêtement est tellement fin qu’une interaction avec quelques molécules de gaz modifie sa résistance de manière mesurable et permet donc la détection desdites molécules.

Cette nouvelle technique mise au point par les chercheurs du MIT pourrait non seulement permettre de réduire drastiquement les coûts de production des Mems mais aussi permettre d’imaginer de tout nouveaux dispositifs. On pourrait ainsi, par exemple, concevoir de nouveaux capteurs biologiques, jusqu’alors incompatibles avec les méthodes de fabrication classiques et leurs hautes températures.