Imec démontre pour la première fois, à l'aide de la lithographie EUV, la fabrication de nanopores semi-conducteurs à l'échelle du wafer

Imec réalise des travaux pionniers dans la fabrication de nanopores à l’échelle d’un wafer (300 mm) en utilisant la lithographie EUV, comme le montre la photo. © imec / Imec pionne la production à l’échelle d’un wafer complet (300 mm) de nanopores à l’état solide avec la lithographie EUV, comme indiqué sur la photo. © imec

Section transversale et vue de dessus en TEM de la nanopore à l'état solide fabriquée,

Section transversale et vue de dessus en TEM de la nanopore à l'état solide fabriquée. / Cross-sectional and top-view TEM of the fabricated solid-state nanopore,

1. Imec a réussi à produire pour la première fois des nanopores semi-conducteurs à l’échelle de la plaquette en utilisant la lithographie EUV sur des plaquettes de 300 mm. Cette innovation transforme la technologie des nanopores d’un concept en laboratoire en une plateforme évolutive pour la biosensing, la génomique et la protéomique.
2. Les nanopores sont salués comme une avancée cruciale pour la génomique et la protéomique, mais jusqu’à présent, les nanopores semi-conducteurs n’ont jamais été produits en masse en raison de fluctuations et de problèmes d’intégration. La percée d’Imec ouvre la voie à des matrices de biosenseurs compatibles CMOS à haut débit, pouvant accélérer la médecine personnalisée, le diagnostic rapide et le stockage de données moléculaires.
3. Fabrication de nanopores à l’échelle de la plaquette avec lithographie EUV sur des plaquettes de 300 mm, avec une taille d’environ 10 nm et une grande uniformité sur la plaquette. Le processus de fabrication est prometteur pour atteindre des tailles de pores inférieures à 5 nm avec de futures améliorations des techniques d’intégration de processus. La caractérisation de la translocation électrique et biomoléculaire a révélé un rapport signal-bruit élevé de 6,2.

Lors de la conférence IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM 2025), imec, un centre mondial de recherche et d’innovation en technologies avancées de semi-conducteurs, présentera la première fabrication réussie de nanopores semi-conducteurs à l’échelle de la plaquette à l’aide de la lithographie EUV (Extreme Ultraviolet Lithography). Les nanopores semi-conducteurs deviennent des outils puissants pour la détection moléculaire, mais ne sont pas encore commercialement disponibles. Cette preuve de faisabilité constitue une étape cruciale vers leur production à grande échelle et à moindre coût.

Les nanopores semi-conducteurs sont de minuscules trous de seulement quelques nanomètres de diamètre, taillés dans des membranes en nitrure de silicium. Lorsqu’ils sont immergés dans un liquide et connectés à des électrodes, ils laissent passer des molécules individuelles et génèrent des signaux électriques pouvant être analysés en temps réel. Étant donné que la taille des pores peut être facilement ajustée, ils offrent une large gamme d’applications, de l’identification virale à l’analyse de l’ADN et des protéines. Cette méthode de détection sans marqueur pour les molécules individuelles est la clé pour la détection de la prochaine génération, la protéomique, la génomique et même pour des applications de stockage de données moléculaires.

Les nanopores biologiques, formés par des protéines dans des membranes lipidiques, ont permis le développement de plateformes de séquençage commerciales, mais sont limités par des problèmes de stabilité et d’intégration. Les nanopores semi-conducteurs surmontent ces limitations grâce à leur robustesse, leur capacité d’ajustement et leur compatibilité avec la fabrication semi-conductrice, ce qui les rend idéaux pour une détection à haut débit et évolutive. Cependant, il reste un défi de parvenir à une précision et une uniformité nanométriques sur de grandes surfaces. Les techniques de fabrication actuelles sont souvent lentes et limitées au laboratoire, ce qui retarde leur déploiement pour des applications de détection.

Dans un nouveau travail présenté à l’IEDM 2025, imec rapporte la fabrication réussie de nanopores hautement homogènes avec des diamètres allant jusqu’à ~10 nm sur des plaquettes de 300 mm. L’équipe a combiné la lithographie EUV avec une technique de gravure basée sur des spacers pour atteindre une précision et une reproductibilité nanométriques — deux défis de longue date dans la technologie des nanopores.

Les nanopores ont été intégrés dans des membranes en nitrure de silicium et caractérisés électriquement dans des environnements aqueux. Des expériences de translocation avec des fragments d’ADN ont également confirmé un rapport signal-bruit élevé et un excellent comportement de mouillage, ce qui atteste des performances du capteur à base de nanopores biologiques.

« Imec est dans une position unique pour réaliser cette avancée. Nous pouvons appliquer la lithographie EUV — traditionnellement réservée à la mémoire et à la logique — aux sciences de la vie. En utilisant notre infrastructure de lithographie, nous avons montré que les nanopores semi-conducteurs peuvent être fabriqués à grande échelle avec la précision nécessaire à la détection moléculaire », a déclaré Ashesh Ray Chaudhuri, premier auteur et responsable du projet R&D chez imec. « Cela ouvre la voie à des matrices de biosenseurs à haut débit pour la santé et d’autres domaines. »

En regardant vers l’avenir, cette avancée pourrait permettre un diagnostic rapide, une médecine personnalisée et une empreinte moléculaire. Sur la base des progrès réalisés avec les nanopores EUV, imec développe actuellement un système modulaire de lecture avec une fluidique évolutive comme plateforme pour le développement de chimies applicatives. L’équipe invite les développeurs d’outils en sciences de la vie à utiliser cette plateforme pour tester leurs concepts et leurs exigences.

Lors de la conférence IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) 2026, le travail « A 256-Channel Event-Driven Readout for Solid-State Nanopore Single-Molecule Sensing with 193 pArms Noise in a 1 MHz Bandwidth » sera présenté, mettant en avant une solution de lecture ASIC de preuve de concept développée par imec, supportant des nanopores de nouvelle génération personnalisés.