La lumière comme outil de précision des nanomatériaux

Rédigé par : Kristell Moullec

Basée à Écublens (VD), l’entreprise Attolight conçoit des systèmes d’analyse optoélectronique intégrés aux microscopes électroniques. Ces instruments permettent une caractérisation non destructive à haute résolution des matériaux, notamment dans le secteur des semi-conducteurs, où les exigences de contrôle à l’échelle nanométrique sont croissantes.

Cartographies hyperspectrales obtenues par cathodoluminescence. Ces images révèlent des variations locales de propriétés optiques à l’échelle nanométrique. © Attolight

Spécialisée dans la spectroscopie cathodoluminescente, la société Attolight développe des outils de métrologie s’appuyant sur un phénomène physique connu : l’émission de lumière par certains matériaux lorsqu’ils sont soumis à un faisceau d’électrons. Insérée dans un microscope électronique à balayage, cette méthode permet de cartographier la réponse lumineuse des matériaux et d’identifier des défauts structuraux.

L’approche adoptée diffère des configurations classiques, où les modules optiques sont ajoutés en périphérie des microscopes existants. L’entreprise Attolight intègre un objectif réfléchissant, corrigé des aberrations, directement dans la colonne du microscope. Cette architecture brevetée assure une collecte efficace des photons, limitant les artefacts d’alignement, avec pour effet une meilleure fiabilité des mesures.

Mesure quantitative et résolution temporelle

Les systèmes développés par l’entreprise vaudoise permettent d’obtenir des cartographies hyperspectrales quantitatives, sans correction a posteriori, ni pertes liées à la géométrie de détection. Cette technologie repose sur un alignement optique précis entre le faisceau électronique et le trajet lumineux, autorisant une analyse spectrale homogène sur de larges surfaces.

L’entreprise Attolight a également développé des méthodes de cathodoluminescence résolue dans le temps (TRCL), permettant de sonder dynamiquement les propriétés des porteurs excités. Deux approches sont proposées : l’interruption du faisceau électronique via un modulateur rapide (beam blanker), ou l’excitation laser de la source d’électrons. Cette dernière solution permet de générer des impulsions extrêmement brèves, parfaitement synchronisées avec la détection, et d’atteindre des résolutions temporelles de l’ordre de dix picosecondes.

Un système conçu pour différents environnements

Ces équipements sont utilisés dans des contextes variés, allant de la recherche académique à l’analyse de composants électroniques pour l’industrie. La gamme de produits se compose de trois systèmes principaux :

Allalin : une plateforme multi-spectroscopique intégrant la cathodoluminescence quantitative, la photoluminescence et la spectroscopie Raman.

Plateforme Allalin – Système hybride associant cathodoluminescence, photoluminescence et spectroscopie Raman. © Attolight

Mönch : un module complémentaire destiné à la microscopie électronique en transmission (STEM), conçu pour l’injection et la collecte de lumière à très petite échelle.

Mönch, le module de cathodoluminescence d’Attolight. Son intégration directe dans la colonne du microscope permet une collecte efficace des photons. © Attolight

Säntis 300 : un système SEM automatisé permettant l’inspection de tranches complètes de semi-conducteurs, compatible avec les lignes de production.

Le système automatisé Säntis 300 pour l’inspection de tranches complètes de semi-conducteurs a été conçu pour l’intégration dans les lignes de production. © Attolight

Domaines d’application

Les instruments développés par Attolight permettent notamment :

• l’analyse spectrale de défauts dans le carbure de silicium (SiC), utilisé dans les dispositifs de conversion de puissance ;
• l’évaluation non destructive des couches épitaxiales de nitrure de gallium (GaN), pour les applications haute fréquence ;
• la corrélation entre les propriétés optiques et structurelles dans les pérovskites halogénées, via un couplage entre la cathodoluminescence et la microscopie électronique en transmission.

Des techniques complémentaires sont également intégrées, telles que la photoluminescence in situ ou le nanoprobing électrique dans le microscope, permettant des mesures localisées de courants (I-V), des cartographies de porteurs (EBIC) ou d’absorptions (EBAC), avec une résolution submicronique.

De plus, la technologie s’étend à des domaines émergents tels que les matériaux bidimensionnels (2D), les semi-conducteurs à large bande interdite (Wide Bandgap Semiconductors – WBG), les polymères ou encore certains matériaux biologiques sensibles à la lumière. Il est à noter que la cathodoluminescence a d’abord été utilisée en géologie, domaine pionnier où elle a permis d’analyser la structure fine de minéraux et de roches.

Reconnaissance institutionnelle

Début 2025, la société Attolight a intégré le programme Scale-Up Vaud, porté par l’agence Innovaud. Ce label distingue les entreprises du canton présentant un fort potentiel de croissance dans les technologies avancées. Cette reconnaissance s’inscrit dans un contexte d’essor des outils de caractérisation à haute précision, au croisement de la recherche académique et de l’industrie microélectronique.

À propos d’Attolight SA

La société Attolight SA conçoit des systèmes de cathodoluminescence intégrés aux microscopes électroniques à balayage et en transmission. Elle développe également l’ensemble des composants optiques nécessaires à la collecte de lumière, ainsi que des modules de traitement et d’analyse. Elle propose des services de mesure spectroscopique et de maintenance. Ses systèmes sont utilisés dans plus de trente instituts et entreprises à travers le monde.

www.attolight.com