Rencontrez les premiers utilisateurs de MIT.nano

Le semestre dernier, les étudiants du MIT ont terminé le tout premier semestre de cours en utilisant les installations du MIT.nano, le nouveau centre de recherche à l’échelle nanométrique de l’institut, d’une superficie de 216 000 pieds carrés.

Le cours – 3.155/6.152 (Technologie de micro/nano traitement), offert conjointement par les départements de génie électrique et informatique (EECS) et de science et génie des matériaux (DMSE) – a inscrit 25 étudiants de premier cycle et neuf de deuxième cycle de sept départements différents à l’automne 2019. Les étudiants ont appris la nanofabrication en utilisant l’espace et les équipements de recherche du MIT.nano pour fabriquer des cellules solaires, des poutres en porte-à-faux MEMS et des dispositifs microfluidiques.

« Cette cohorte de 2019 fait partie de l’histoire du MIT – la première à compléter des cours par des recherches pratiques au MIT.nano », déclare Vladimir Bulović, directeur de la faculté du MIT.nano et professeur de technologie émergente Fariborz Maseeh (1990). « Nous sommes ravis de voir des étudiants de premier et de deuxième cycle de plusieurs disciplines perfectionner leurs compétences dans les salles blanches et les laboratoires du MIT.nano. C’était formidable de les voir innover avec les outils du MIT.nano en concevant des projets exceptionnels. Nous sommes impatients d’accueillir la prochaine cohorte de chercheurs qui travailleront sur le terrain ».

Co-enseigné par Jurgen Michel, associé de recherche principal au DMSE, et Jorg Scholvin, directeur adjoint des services aux utilisateurs au MIT.nano, le cours a été remanié en 2017 pour devenir plus axé sur les étudiants avec un élément supplémentaire de créativité où les étudiants peuvent concevoir et construire leurs propres appareils. Scholvin souligne l’importance d’enseigner aux étudiants non seulement comment faire fonctionner les équipements, mais aussi comment travailler efficacement et en toute sécurité dans une salle blanche et comprendre le contexte théorique des équipements de fabrication.

« Pouvoir travailler à l’échelle nanométrique et la comprendre devient de plus en plus essentiel dans tous les domaines de la science et de l’ingénierie », déclare M. Scholvin. « Dans ce cours, nous travaillons avec des étudiants de nombreux départements ayant des formations et des intérêts scientifiques très différents afin de leur donner des compétences de base qu’ils pourront utiliser pour mettre en œuvre leurs propres idées. Ensuite, ils peuvent aller de l’avant et adapter ces processus pour résoudre des problèmes plus complexes et intéressants à l’avenir ».

Apprenez les bases, concevez vos propres solutions

Avant de se lancer dans leurs propres créations, les étudiants ont suivi deux modules de laboratoire. Dans le premier, axé sur les cellules solaires, ils ont fabriqué un dispositif à base de silicium, puis l’ont testé à l’aide des outils Solar Frontiers d’ENI dans la salle blanche du troisième étage du MIT.nano. Les étudiants ont ensuite conditionné leurs cellules solaires finies à l’aide d’outils de conditionnement électronique et photonique dans l’installation de prototypage du cinquième étage. Les étudiants ont travaillé sous la direction d’Anu Agarwal, chercheur principal au centre de microphotonique du MIT, et ont utilisé le matériel du laboratoire de photonique de l’AIM pour l’éducation et les prototypes d’application pour connecter leurs cellules solaires aux cartes de circuits imprimés à l’aide de fils de fer.

En choisissant entre les cantilevers MEMS ou les canaux microfluidiques pour le deuxième module, les étudiants ont réalisé la gravure humide des cantilevers dans la salle blanche du premier étage du MIT.nano ou fabriqué des microfluidiques dans le laboratoire de lithographie douce du troisième étage. En plus de la gravure et de la fabrication, les étudiants ont appris à connaître les dépôts chimiques et physiques, les processus thermiques et la caractérisation des dispositifs et des matériaux. Ces modules de laboratoire fournissent les connaissances de base nécessaires aux étudiants pour appliquer l’un de ces procédés à leurs propres projets.

« 6.152 a été une excellente occasion d’acquérir une expérience de première main en nanofabrication, combinée à des connaissances théoriques en classe », déclare Ella Richards, une étudiante en DMSE. « La classe a présenté les possibilités de recherche créative que le MIT.nano a à offrir, et la résilience nécessaire pour les concrétiser ».

Le vrai plaisir a commencé dans la dernière phase du cours, lorsque les étudiants ont formulé leurs propres idées de dispositifs, basés sur des cantilevers ou des mélangeurs fluidiques, dans un projet de début à la fin. « Tout d’abord, les étudiants acquièrent une expérience de travail en salle blanche et apprennent la théorie des processus et des outils. Ensuite, ils appliquent leurs propres connaissances et intérêts pour construire et tester quelque chose de nouveau », explique M. Scholvin. « C’est alors que la créativité de l’ensemble des outils est vraiment stimulée par les étudiants ».

Les étudiants des différents départements ont choisi des conceptions et des projets différents en fonction de leur domaine de recherche. Scholvin souligne que cette variété de travaux illustre l’importance de l’accès partagé aux équipements. En n’étant pas dédié à un projet dans un laboratoire spécifique, mais plutôt hébergé au MIT.nano où tout chercheur formé peut l’utiliser, dit-il, un outil peut être appliqué à plusieurs projets dans différentes disciplines.

Expérimenter tout le spectre de la fabrication

L’objectif, selon les instructeurs, n’est pas simplement de former des outils, mais de donner aux étudiants une exposition à tout le spectre de la recherche en nanofabrication. Les étudiants doivent concevoir leurs propres dispositifs, présenter leurs idées à la classe, créer des mises en page CAO, fabriquer le dispositif, déboguer le processus et tester les résultats. Et, comme dans tout projet de recherche, ils rédigent un article et ont la possibilité de présenter leurs idées et leurs résultats à un public technique plus large.

À l’issue du cours, des prix ont été décernés aux dessins les plus innovants et aux trois meilleurs articles. Andison Tran, Ella Richards et Stefan Wan ont été honorés pour leurs créations. Tran et Wan sont étudiants en génie chimique, Richards en science et ingénierie des matériaux. Kristina Greenwood, Kyle James et Blair Anaman Williams ont été récompensés pour leurs travaux ; tous trois sont des étudiants en génie chimique.

« J’ai vraiment aimé prendre 6,152. C’était la première fois que j’étais exposé à la nanofabrication et je suis reconnaissant de l’effort que le personnel du cours a déployé pour rendre ce concept si nouveau pour moi à la fois intéressant et facile à comprendre. J’ai apprécié la liberté qui nous a été donnée de créer nos propres dispositifs, ce qui a donné vie à tous les principes et compétences que nous avons appris en cours. Pouvoir passer du temps dans les salles blanches a été une expérience que je n’oublierai jamais », déclare Williams, étudiant en génie chimique.

Les 6.152J/3.155J étudiants étaient éligibles pour présenter leurs projets à la Conférence annuelle de recherche sur les microsystèmes (MARC), coparrainée par le MIT.nano et les Microsystems Technology Laboratories à la fin du mois de janvier. Cinq étudiants de premier cycle et deux étudiants de deuxième cycle de la classe ont présenté leurs travaux : Williams (génie chimique), Abdulmalik Alghonaim, Michael Dubrovsky (étudiant de deuxième cycle), Danielle Grey-Stewart, Ella Richards et Ava Waitz, tous du DMSE, et Shubham Yadav (étudiant de deuxième cycle) du programme en arts et sciences des médias. Heyi Li (génie mécanique) et Zachary Pitcher (EECS), tous deux étudiants de premier cycle, ont également participé à la conférence.

Le cours sur les technologies de micro/nano transformation sera à nouveau proposé à l’automne 2020.