Plateforme Instrumentation et sources d’ions

 

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. 

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. L'objectif de recherche étant l'exploration de la performance ultime en écriture directe réalisable à l'aide d'un pinceau d'ions focalisé. 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 (quelques dizaines d’ions injectés par cm²) avec la génération de défauts de surface, au mélange localisé de couches minces pour parvenir à la gravure localisée (106 ions/cm²)

Un partenariat solide débuté en 2002 et honoré d’un prix Yves Rocard de la Société Française de Physique en 2007 existe entre notre équipe et la société Raith 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. Ces instruments équipent désormais les laboratoires de pointes aux Etats-Unis, Canada, Europe, Australie et les pays d’Asie. Près de vingt ans après les premiers échanges, les bénéfices mutuels de cette collaboration vivace sont toujours partagés avec de nouveaux projets en gestation.

L’équipe initie et entretient des collaborations étroites avec plusieurs équipes de recherche « utilisatrices » des capacités uniques de nos technologies FIB, ceci tant au niveau interne au C2N, qu'au niveau de la communauté scientifique française et internationale. Cette ouverture et ces compétences croisées engendrent un échange constructif et une convergence rapide qui nous permettent de revendiquer l'état de l'art dans plusieurs domaines stratégiques des nanosciences.

Propulsion spatiale

Plus récemment, l'équipe a lancé un programme de collaboration avec le Centre National d’Etudes Spatiales (CNES) sur les propulseurs ioniques-liquides (ILT) qui exploitent la même physique de base à partir d’un sel liquide à température ambiante et non toxique. Le projet µPP-I, porté par l’équipe Instrumentation, propose une nouvelle technologie de micro-propulseur électrospray basé sur l’émission électrohydrodynamique (EHD) intense d'ions rapides. Ce concept présente plusieurs ruptures technologiques en matière de matériaux, de carburants et gestion de l’alimentation électrique. Son niveau de performance en termes de rapport poids/puissance et d’endurance le positionne de manière adaptée aux nouveaux satellites de tailles réduites. Les applications visées sont la propulsion spatiale des satellites (1-300 kg) ou encore l’exploration de l’espace lointain.

Les savoir-faire de l’équipe ici aussi en matière de sources d'ions ont permis de concevoir une solution modulaire originale adaptée au spatial, notamment en termes de compacité. Ces recherches ont ensuite fait l'objet d'un projet de prématuration soutenu par le CNRS et le projet de start-up a également bénéficié de son programme d'accompagnement RISE. TechnoFounders, start-up-studio partenaire du CNRS a proposé un plan de création de l’entreprise ION-X pour valoriser cette technologie. Une équipe de six personnes, a été recrutée par TechnoFounders, puis formée par les équipes du C2N. Grâce aux équipements lourds spécifiques financés, installés et mis en service rapidement, l’équipe a pu commencer l'assemblage et la qualification de propulseurs de présérie, destinés à des intégrateurs de satellites européens. La start-up ION-X prévoit de livrer ses premiers moteurs entre fin 2023 et début 2024.

 

Plateforme Instrumentation

GIERAK Jacques - Ingénieur de recherche CNRS ( Responsable)

RAYNAUD Gilles - Maître de Conférence Université Paris Saclay

GUIZIOU Caroline - apprentie Licence Professionnelle 2MI - IUT d'Orsay

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