Depuis son invention dans les années 19801, le microscope à force atomique (AFM) s’est répandu
dans de nombreuses communautés scientifiques comme un outil standard pour observer les
surfaces à l’échelle nanométrique. Un des enjeux actuel concerne l’utilisation de l’AFM en milieu
liquide et l’augmentation de la bande passante de mesure. Les applications se situent par exemple
dans le domaine de la biologie pour l’analyse en temps réel du comportement dynamique de
nanobiosystèmes en milieu liquide2.
Par rapport à cet enjeu, l’approche adoptée ici rompt avec le concept classique de la sonde AFM
constituée d’une pointe portée par un levier vibrant3. Les technologies microsystèmes (MEMS)
offrent en effet des géométries nouvelles de résonateurs qui permettent d’augmenter la fréquence
de vibration de la sonde sans se heurter aux limites liées au comportement hydrodynamique et à
la détection du mouvement de la pointe. La figure 1 montre un exemple de sonde AFM fabriquée
en technologie microsystèmes. Elle est constituée d’un anneau de silicium qui forme le résonateur
vibrant selon un mode elliptique. La pointe, destinée à interagir avec la surface à analyser, est
localisée au niveau d’un ventre de vibration. L’excitation et la détection de la vibration sont
obtenues grâce à des transducteurs capacitifs intégrés. Au cours de la présentation, nous
montrerons les résultats récents de nos travaux. En particulier, les efforts portés sur la fabrication
en micro et nano-technologies ont permis de diminuer les dimensions des sondes AFM MEMS,
d’augmenter les fréquences de résonance et d’intégrer une pointe d’apex nanométrique dans le
procédé de fabrication collective4. Parallèlement, les progrès obtenus sur la détection du signal de
la sonde conduisent à une augmentation des performances en termes de force minimale
détectable et donc de sensibilité dans l’interaction entre la pointe et la surface analysée. Un
exemple d’imagerie de matériau biologique obtenue grâce à ces sondes MEMS AFM sera
présenté.
Ces travaux de recherche ont été soutenus par l’ANR (Agence Nationale de la Recherche) dans le
cadre du projet IMPROVE-LM (consortium : IEMN, CPMOH et Institut Néel), et sont financés par
l’ERC (European Reseach Council) dans le cadre du projet SMART (FP7/2007-2013)
1 Binning G., Gerber C., Quate C.F., Phys. Rev. Lett., 56 930 (1986)
2 Ando T., Uchihashi T., and Fukuma T., Prog. Surf. Sci., 83, pp 337-437 (2008)
3 Walter B., Faucher M., Algré E., Legrand B., Boisgard R., Aimé J.-P., Buchaillot L., J. Micromech. Microeng, 19 115009 (2009)
4 Walter B., Faucher M., Mairiaux E., Xiong Z., Buchaillot L., Legrand B., Proceedings of 24th International Conference on Micro Electro
Mechanical Systems, MEMS 2011, Cancun, Mexico, jan. 23-27, pp. 517-520 (2011)
IEMN, CNRS UMR 8520,Villeneuve d’Ascq, France