ISO/TS 80004-8:2020
(Main)Nanotechnologies — Vocabulary — Part 8: Nanomanufacturing processes
Nanotechnologies — Vocabulary — Part 8: Nanomanufacturing processes
This document defines terms related to nanomanufacturing processes in the field of nanotechnologies. All the process terms in this document are relevant to nanomanufacturing, however, many of the listed processes are not exclusively relevant to the nanoscale. Terms that are not exclusive are noted within the definitions. Depending on controllable conditions, such processes can result in material features at the nanoscale or, alternatively, at larger scales. There are many other terms that name tools, components, materials, systems control methods or metrology methods associated with nanomanufacturing that are beyond the scope of this document. Terms and definitions from other parts of the ISO/TS 80004 series are reproduced in Clause 3 for context and better understanding.
Nanotechnologies — Vocabulaire — Partie 8: Processus de nanofabrication
Le présent document définit une liste de termes liés aux procédés de nanofabrication dans le domaine des nanotechnologies. Dans le présent document, tous les termes liés aux procédés se rapportent à la nanofabrication; cependant, bon nombre des procédés mentionnés ne se rapportent pas exclusivement à l'échelle nanométrique. Lorsque des termes sont non exclusifs à la nanofabrication, cela est indiqué dans leur définition. Selon que les conditions sont maîtrisables ou non, de tels procédés peuvent donner lieu à des matériaux à l'échelle nanométrique ou à de plus grandes échelles. Il existe de nombreux autres termes qui désignent des outils, des composants, des matériaux, des méthodes de contrôle de systèmes ou des méthodes métrologiques associées à la nanofabrication, mais qui ne relèvent pas du domaine d'application du présent document. Des termes et définitions d'autres parties de la série de normes ISO/TS 80004 sont repris dans l'Article 3 à des fins de contexte et d'une meilleure compréhension.
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TECHNICAL ISO/TS
SPECIFICATION 80004-8
Second edition
2020-11
Nanotechnologies — Vocabulary —
Part 8:
Nanomanufacturing processes
Nanotechnologies — Vocabulaire —
Partie 8: Processus de nanofabrication
Reference number
ISO/TS 80004-8:2020(E)
ISO 2020
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ISO/TS 80004-8:2020(E)
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Published in Switzerland
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ISO/TS 80004-8:2020(E)
Contents Page
Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv
Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v
1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1
2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1
3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1
4 Terms related to general aspects ........................................................................................................................................................ 3
5 Terms related to directed assembly ................................................................................................................................................. 4
6 Terms related to self-assembly processes ................................................................................................................................. 5
7 Terms related to synthesis ......................................................................................................................................................................... 6
7.1 Gas process phase — Physical methods ........................................................................................................................... 6
7.2 Gas process phase — Chemical methods ......................................................................................................................... 7
7.2.1 Flame synthesis processes ...................................................................................................................................... 7
7.2.2 Other terms .......................................................................................................................................................................... 8
7.3 Liquid process phase — Physical methods .................................................................................................................... 8
7.4 Liquid process phase — Chemical methods .................................................................................................................. 9
7.5 Solid process phase — Physical methods .....................................................................................................................10
7.6 Solid process phase — Chemical methods ..................................................................................................................12
8 Terms related to fabrication .................................................................................................................................................................12
8.1 Nanopatterning lithography .....................................................................................................................................................12
8.2 Deposition processes ......................................................................................................................................................................16
8.3 Etching processes ..............................................................................................................................................................................18
8.4 Printing and coating ........................................................................................................................................................................21
Annex A (informative) Identification of output resulting from defined synthesis processes ................22
Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................25
Index .................................................................................................................................................................................................................................................26
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ISO/TS 80004-8:2020(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO’s adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www .iso .org/
iso/ foreword .html.This document was prepared jointly by Technical Committee ISO/TC 229, Nanotechnologies, and
Technical Committee IEC/TC 113, Nanotechnology for electrotechnical products and systems, in
collaboration with the European Committee for Standardization (CEN) Technical Committee CEN/
TC 352, Nanotechnologies, in accordance with the Agreement on technical cooperation between ISO and
CEN (Vienna Agreement). The draft was circulated for voting to the national bodies of both ISO and IEC.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO/TS 80004-8:2013), which has been
technically revised throughout.A list of all parts in the ISO/TS 80004 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.iv © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO/TS 80004-8:2020(E)
Introduction
Nanomanufacturing is the essential bridge between the discoveries of the nanosciences and real-world
nanotechnology products.Advancing nanotechnology from the laboratory into volume production ultimately requires careful
study of manufacturing process issues including product design, reliability and quality, process design
and control, shop floor operations, supply chain management, workplace safety and health practices
during the production, use and handling of nanomaterials. Nanomanufacturing encompasses directed
self-assembly and assembly techniques, synthetic methodologies, and fabrication processes such as
lithography and biological processes. Nanomanufacturing also includes bottom-up directed assembly,
top-down high-resolution processing, molecular systems engineering and hierarchical integration with
larger scale systems. As dimensional scales of materials and molecular systems approach the nanoscale,
the conventional rules governing their behaviour may change significantly. As such, the behaviour of a
final product is enabled by the collective performance of its nanoscale building blocks.
Biological process terms are not included in this second edition of the nanomanufacturing vocabulary,
but considering the rapid development of the field, it is expected that terms in this important area will
be added in a future update to this document or in companion documents in the ISO/TS 80004 series.
This could include both the processing of biological nanomaterials and the use of biological processes to
manufacture materials at the nanoscale.Similarly, additional terms from other developing areas of nanomanufacturing, including composite
manufacturing, roll-to-roll manufacturing and others, will be included in future documents.
There is a distinction between the terms “nanomanufacturing” and “nanofabrication”.
Nanomanufacturing encompasses a broader range of processes than does nanofabrication.
Nanomanufacturing encompasses all nanofabrication techniques and also techniques associated with
materials processing and chemical synthesis.This document provides an introduction to processes used in the early stages of the nanomanufacturing
value chain, namely the intentional synthesis, generation or control of nanomaterials, including
fabrication steps in the nanoscale. The nanomaterials that result from these manufacturing processes
are distributed in commerce where, for example, they may be further purified, be compatabilized to
be dispersed in mixtures or composite matrices, or serve as integrated components of systems and
devices. The nanomanufacturing value chain is, in actuality, a large and diverse group of commercial
value chains that stretch across these sectors:— the semiconductor industry (where the push to create smaller, faster, and more efficient
microprocessors heralded the creation of circuitry less than 100 nm in size);— electronics and telecommunications;
— aerospace, defence and national security;
— energy and automotive;
— plastics and ceramics;
— forest and paper products;
— food and food packaging;
— pharmaceuticals, biomedicine and biotechnology;
— environmental remediation;
— clothing and personal care.
There are thousands of tonnes of nanomaterials on the market with end-use applications in several of
these sectors, such as carbon black and fumed silica. Nanomaterials that are rationally designed with
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ISO/TS 80004-8:2020(E)
specific purpose are expected to radically change the landscape in areas such as biotechnology, water
purification and energy development.The majority of clauses in this document are organized by process type. In Clause 6, the logic of
placement is as follows: in the step before the particle is made, the material itself is in a gas/liquid/
solid phase. The phase of the substrate or carrier in the process does not drive the categorization of the
process. As an example, consider iron particles that are catalysts in a process by which you seed oil with
iron particles, the oil vaporizes and condenses forming carbon particles on the iron particles. What
vaporizes is the oil, and therefore it is a gas phase process. Nanotubes grow from the gas phase, starting
with catalyst particles that react with the gas phase to grow the nanotubes, thus this is characterized
as a gas process. Indication of whether synthesis processes are used to manufacture nano-objects,
nanoparticles or both is provided in Annex A.In addition, Annex A identifies the processes that are also applicable to macroscopic materials and are
therefore not exclusively relevant to nanomanufacturing. A common understanding of the terminology
used in practical applications will enable communities of practice in nanomanufacturing and will
advance nanomanufacturing strength worldwide. Extending the understanding of terms across the
existing manufacturing infrastructure will serve to bridge the transition between the innovations of
the research laboratory and the economic viability of nanotechnologies.[11]
For informative terms supportive of nanomanufacturing terminology, see BSI PAS 135 .
This document belongs to a multi-part vocabulary covering the different aspects of nanotechnologies.
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TECHNICAL SPECIFICATION ISO/TS 80004-8:2020(E)
Nanotechnologies — Vocabulary —
Part 8:
Nanomanufacturing processes
1 Scope
This document defines terms related to nanomanufacturing processes in the field of nanotechnologies.
All the process terms in this document are relevant to nanomanufacturing, however, many of the listed
processes are not exclusively relevant to the nanoscale. Terms that are not exclusive are noted within
the definitions. Depending on controllable conditions, such processes can result in material features at
the nanoscale or, alternatively, at larger scales.There are many other terms that name tools, components, materials, systems control methods or
metrology methods associated with nanomanufacturing that are beyond the scope of this document.
Terms and definitions from other parts of the ISO/TS 80004 series are reproduced in Clause 3 for
context and better understanding.2 Normative references
There are no normative references in this document.
3 Terms and definitions
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1
carbon nanotube
CNT
nanotube (3.9) composed of carbon
Note 1 to entry: Carbon nanotubes usually consist of curved graphene layers, including single-walled carbon
nanotubes and multi-walled carbon nanotubes.[SOURCE: ISO/TS 80004-3:2010, 4.3]
3.2
nanocomposite
solid comprising a mixture of two or more phase-separated materials, one or more being nanophase
Note 1 to entry: Gaseous nanophases are excluded (they are covered by nanoporous material).
Note 2 to entry: Materials with nanoscale (3.7) phases formed by precipitation alone are not considered to be
nanocomposite materials.[SOURCE: ISO/TS 80004-4:2011, 3.2]
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ISO/TS 80004-8:2020(E)
3.3
nanofibre
nano-object (3.5) with two external dimensions in the nanoscale (3.7) and the third dimension
significantly largerNote 1 to entry: The largest external dimension is not necessarily in the nanoscale.
Note 2 to entry: The terms “nanofibril” and “nanofilament” can also be used.Note 3 to entry: The largest external dimension is not necessarily in the nanoscale.
[SOURCE: ISO/TS 80004-2:2015, 4.5, modified — Note 3 to entry has been replaced.]
3.4nanomaterial
material with any external dimension in the nanoscale (3.7) or having internal structure or surface
structure in the nanoscaleNote 1 to entry: This generic term is inclusive of nano-object (3.5) and nanostructured material (3.8).
Note 2 to entry: See also engineered nanomaterial, manufactured nanomaterial and incidental nanomaterial.
[SOURCE: ISO/TS 80004-1:2015, 2.4]3.5
nano-object
discrete piece of material with one, two or three external dimensions in the nanoscale (3.7)
Note 1 to entry: Generic term for all discrete nano-objects.[SOURCE: ISO/TS 80004-1:2015, 2.5, modified — Note 1 to entry has been replaced.]
3.6nanoparticle
nano-object (3.5) with all external dimensions in the nanoscale (3.7) where the lengths of the longest
and the shortest axes of the nano-object do not differ significantlyNote 1 to entry: If the dimensions differ significantly (typically by more than three times), terms such as
“nanofibre” or “nanoplate” may be preferred to the term “nanoparticle”.[SOURCE: ISO/TS 80004-2:2015, 4.4]
3.7
nanoscale
length range from approximately from 1 nm to 100 nm
Note 1 to entry: Properties that are not extrapolations from a larger size are predominately exhibited in this
length range.[SOURCE: ISO/TS 80004-1:2015, 2.1]
3.8
nanostructured material
material having internal or surface structure in the nanoscale (3.7)
Note 1 to entry: If external dimensions are in the nanoscale, the term nano-object (3.5) is recommended.
Note 2 to entry: Adapted from ISO/TS 80004-1:2015, 2.7.[SOURCE: ISO/TS 80004-4:2011, 2.11]
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ISO/TS 80004-8:2020(E)
3.9
nanotube
hollow nanofibre (3.3)
[SOURCE: ISO/TS 80004-2:2015, 4.8]
4 Terms related to general aspects
4.1
bottom-up nanomanufacturing
processes that use small fundamental units in the nanoscale (3.7) to create larger, functionally rich
structures or assemblies4.2
co-deposition
simultaneous deposition of two or more source materials
Note 1 to entry: Common methods include vacuum, thermal spray (8.2.16), electrodeposition (8.2.7) and liquid
suspension deposition techniques.4.3
comminution
crushing or grinding (7.5.6) for particle size reduction
Note 1 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing.
4.4
directed assembly
guided formation of a structure guided by external intervention using components at the nanoscale
(3.7) that can, in principle, have any defined pattern4.5
directed self-assembly
self-assembly (4.11) influenced by external intervention to produce a preferred structure, orientation
or patternNote 1 to entry: Examples of external intervention include an applied field, a chemical or structural template,
chemical gradient and fluidic flow.4.6
lithography
reproducible creation of a pattern
Note 1 to entry: The pattern can be formed in a radiation sensitive material or by transfer of material onto a
substrate by one of the following: transfer, printing or direct writing.4.7
multilayer deposition
alternating deposition of two or more source materials to produce a composite layer structure
4.8nanofabrication
ensemble of activities to intentionally create nano-objects (3.5) or nanostructured materials (3.8)
4.9nanomanufacturing
intentional synthesis, generation or control of nanomaterials (3.4), or fabrication steps in the nanoscale
(3.7), for commercial purposes[SOURCE: ISO/TS 80004-1:2015, 2.11]
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ISO/TS 80004-8:2020(E)
4.10
nanomanufacturing process
ensemble of activities to intentionally synthesize, generate or control nanomaterials (3.4), or fabrication
steps in the nanoscale (3.7), for commercial purposes[SOURCE: ISO/TS 80004-1:2015, 2.12]
4.11
self-assembly
autonomous action by which components organize themselves into patterns or structures
4.12surface functionalization
chemical process that acts upon a surface to impart a selected chemical or physical functionality
4.13top-down nanomanufacturing
processes that create structures at the nanoscale (3.7) from macroscopic objects
5 Terms related to directed assembly
5.1
electrostatic driven assembly
use of electrostatic force to orient or place nanoscale (3.7) elements in a device or material
5.2fluidic alignment
use of fluid flow to orient nanoscale (3.7) elements in a device or material
5.3
hierarchical assembly
use of more than one type of nanomanufacturing (4.9) process to control a structure at multiple
length scales5.4
magnetic driven assembly
use of magnetic force to assemble elements/particles at the nanoscale (3.7) in a desired pattern or
configuration5.5
shape-based assembly
use of geometric shapes of nanoparticles (3.6) to achieve a desired pattern or configuration
5.6supramolecular assembly
use of non-covalent chemical bonding to assemble molecules or nanoparticles (3.6) with surface ligands
5.7surface-to-surface transfer
transfer of nanoparticles (3.6) or structures from the surface of one substrate, on which they have been
deposited, grown or assembled, onto another substrate4 © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO/TS 80004-8:2020(E)
6 Terms related to self-assembly processes
6.1
colloidal crystallization
sedimentation of nanoparticles (3.6) from a solution containing nano-objects (3.5) and their aggregates
and agglomerates (NOAAs) to form a solid, which consists of an organization of particles to form an
array of repeating unitsNote 1 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing but has been adapted to apply to
nanomanufacturing processes.6.2
graphioepitaxy
directed self-assembly (4.5) using nanoscale (3.7) topographical features
Note 1 to entry: Includes the growth of a thin layer on the surface and growth of an additional layer on top of a
substrate, which has the same or different structure as the underlying crystal.Note 2 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing but has been adapted to apply to
nanomanufacturing processes.6.3
ion beam surface reconstruction
use of an accelerated ion beam to cause surface modification, which can be at the nanoscale (3.7)
Note 1 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing but has been adapted to apply to
nanomanufacturing processes.6.4
Langmuir-Blodgett film formation
creation of a film at an air-liquid interface
6.5
Langmuir-Blodgett film transfer
transfer of a Langmuir-Blodgett film formed at an air-liquid interface onto a solid surface by dipping a
solid substrate into the supporting liquid6.6
layer-by-layer deposition
LbL deposition
electrostatic process of depositing polyelectrolytes with opposite charges laid over or under another
6.7modulated elemental reactant method
use of vapour deposited precursors with regions of controlled composition as a template for the
formation of interleaved layers of two or more structuresNote 1 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing.
6.8
self-assembled monolayer formation
SAM formation
spontaneous formation of an organized molecular layer on a solid surface from solution or the vapour
phase, driven by molecule-to-surface bonding and weak intermolecular interaction6.9
Stranski-Krastanow growth
mode of thin film growth which starts as a two-dimensional Frank-van der Merve growth (6.10), and
then continues as a three-dimensional Volmer-Weber growth (6.11)© ISO 2020 – All rights reserved 5
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ISO/TS 80004-8:2020(E)
6.10
Frank-van der Merve growth
layer-by-layer film growth
Note 1 to entry: Frank-van der Merve growth corresponds to the situation when atoms of a film have a stronger
connection with a substrate than with each other. As a result, the next layer growth could not begin until the
previous is completed.Note 2 to entry: Frank-van der Merve growth is strictly a two-dimensional growth mode.
6.11Volmer-Weber growth
island film growth
Note 1 to entry: Volmer-Weber growth mode corresponds to the situation when atoms of a film have a stronger
connection with each other than with a substrate.Note 2 to entry: Frank-van der Merve growth (6.10) is a three-dimensional growth mode.
7 Terms related to synthesis7.1 Gas process phase — Physical methods
7.1.1
cold gas dynamic spraying
process in which either nanoscale (3.7) crystalline powders or conventional powders are fluidized and
then consolidated onto a surface coating in a high velocity inert gasNote 1 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing but has been adapted to apply to
nanomanufacturing processes.7.1.2
electro-spark deposition
pulsed-arc micro-welding process using short-duration, high-current electrical pulses to deposit an
electrode material onto a substrate7.1.3
electron-beam evaporation
process in which a material is vaporized by incidence of high energy electrons in high or ultra-high
vacuum conditions for subsequent deposition onto a substrate7.1.4
wire electric explosion
formation of nanoparticles (3.6) by applying an electrical pulse of high current density through a wire
causing it to volatilize with subsequent recondensation7.1.5
freeze drying
dehydration or solvent removal by rapid cooling immediately followed by vacuum sublimation
Note 1 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing.7.1.6
spray drying
method in which a dry powder is produced from a liquid or slurry by rapid evaporation (8.2.10) of the
liquid from droplets formed by nebulization, via contact with a hot gas or equivalent
Note 1 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing.6 © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO/TS 80004-8:2020(E)
7.1.7
supercritical expansion
precipitation of nano-objects (3.5) resulting from an expansion of a solution above its critical
temperature and critical pressure through a spray deviceNote 1 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing but has been adapted to apply to
nanomanufacturing processes.7.1.8
suspension combustion thermal spray
thermal spray (8.2.16) in which the precursor is introduced to a plasma jet in the form of a liquid
suspension7.1.9
vaporization
process of assisted change of phase from solid or liquid to gas or plasma phases
Note 1 to entry: The vaporization process is often used to consequently deposit the vaporized material on a
target substrate. The whole process is known as physical vapour deposition (PVD) (8.2.14).
−6 −9Note 2 to entry: High vacuum PVD is usually performed at pressures in the range of 10 to 10 Torr. Ultra-high
vacuum (UHV) PVD is the deposition performed at pressures below 10 Torr.Note 3 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing.
7.2 Gas process phase — Chemical methods
7.2.1 Flame synthesis processes
7.2.1.1
liquid precursor combustion
creation of solid product, typically a nanomaterial (3.4) in aggregate form, via exothermic reaction of a
feedstock solution with an oxidizerNote 1 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing but has been adapted to apply to
nanomanufacturing processes.7.2.1.2
plasma spray
creation of a jet of solid product, typically a nanomaterial (3.4) in aggregate form, from an ionized
gaseous sourceNote 1 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing but has been adapted to apply to
nanomanufacturing processes.7.2.1.3
pyrogenesis
process using combustion or another heat source to produce solid product, typically a nanomaterial
(3.4) in aggregate form, facilitated by an aerosolized sprayNote 1 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing but has been adapted to apply to
nanomanufacturing processes.7.2.1.4
solution precursor plasma spray
gas phase process in which a thermal (equilibrium) plasma is formed into which a solution containing
precursors is introduced resulting in gaseous species that during cooling form a solid product, typically
a nanomaterial (3.4) in aggregate formNote 1 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing but has been adapted to apply to
nanomanufacturing processes.© ISO 2020 – All rights reserved 7
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ISO/TS 80004-8:2020(E)
7.2.1.5
thermal spray pyrolysis
creation of solid product, typically a nanomaterial (3.4) in aggregate form, from liquid precursors
through liquid atomization and reaction using a thermal sourceNote 1 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing but has been adapted to apply to
nanomanufacturing processes.7.2.2 Other terms
7.2.2.1
hot wall tubular reaction
chemical vapour deposition (8.2.4) performed in a tubular furnace in which the reaction surface is
maintained at a controlled elevated temperatureNote 1 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing.
7.2.2.2
photothermal synthesis
gas phase process where a precursor or other gaseous species is heated by absorption of infrared
radiation resulting in heating of the gas and thermal decomposition of the precursor producing a solid
product, typically a nanoparticle (3.6)Note 1 to entry: The term is not exclusive
...
SPÉCIFICATION ISO/TS
TECHNIQUE 80004-8
Deuxième édition
2020-11
Nanotechnologies — Vocabulaire —
Partie 8:
Processus de nanofabrication
Nanotechnologies — Vocabulary —
Part 8: Nanomanufacturing processes
Numéro de référence
ISO/TS 80004-8:2020(F)
ISO 2020
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ISO/TS 80004-8:2020(F)
Sommaire Page
Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................iv
Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v
1 Domaine d’application ................................................................................................................................................................................... 1
2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1
3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 1
4 Termes relatifs aux aspects généraux ............................................................................................................................................ 3
5 Termes relatifs à l’assemblage dirigé ............................................................................................................................................. 4
6 Termes relatifs aux procédés d’auto-assemblage .............................................................................................................. 5
7 Termes relatifs à la synthèse ................................................................................................................................................................... 6
7.1 Procédés en phase gazeuse — Méthodes physiques ......... ..................................................................................... 6
7.2 Procédés en phase gazeuse — Méthodes chimiques ............................................................................................. 7
7.2.1 Procédés de synthèse par flamme .................................................................................................................... 7
7.2.2 Autres termes ..................................................................................................................................................................... 8
7.3 Procédés en phase liquide — Méthodes physiques ................................................................................................ 8
7.4 Procédés en phase liquide — Méthodes chimiques................................................................................................ 9
7.5 Procédés en phase solide — Méthodes physiques................................................................................................10
7.6 Procédés en phase solide — Méthodes chimiques ...............................................................................................12
8 Termes relatifs à la fabrication ..........................................................................................................................................................13
8.1 Lithographie par structuration de nanomotifs ........................................................................................................13
8.2 Procédés par dépôt ..........................................................................................................................................................................16
8.3 Procédés de gravure ........................................................................................................................................................................19
8.4 Impression et revêtement ..........................................................................................................................................................22
Annexe A (informative) Identification des applications possibles des procédés de synthèse
présentés ...................................................................................................................................................................................................................23
Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................27
Index .................................................................................................................................................................................................................................................28
© ISO 2020 – Tous droits réservés iii---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/TS 80004-8:2020(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes L’ISO
(Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes nationaux
de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général
confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de
faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales
et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux. L’ISO collabore
étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne la
normalisation électrotechnique.Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/ brevets).Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www .iso .org/ avant -propos.Le présent document a été élaboré conjointement par le comité technique ISO/TC 229, Nanotechnologies,
et le comité d’étude IEC/TC 113, Nanotechnologies relatives aux appareils et systèmes électrotechnologiques,
en collaboration avec le comité technique CEN/TC 352, Nanotechnologies, du Comité européen de
normalisation (CEN) conformément à l’Accord de coopération technique entre l’ISO et le CEN (Accord de
Vienne). Le projet a été soumis aux organismes nationaux de l’ISO et de l’IEC pour vote.
Cette seconde édition annule et remplace la première édition (ISO/TS 80004-8:2013), qui a fait l’objet
d’une révision technique.Une liste de toutes les parties de la série ISO/TS 80004 se trouve sur le site web de l’ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/ fr/ members .html.iv © ISO 2020 – Tous droits réservés
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ISO/TS 80004-8:2020(F)
Introduction
La nanofabrication constitue le pont essentiel entre les découvertes du domaine des nanosciences et les
produits du monde réel issus des nanotechnologies.Le passage des nanotechnologies du laboratoire à la production de masse exige, à terme, une étude
approfondie des questions liées aux procédés de fabrication, y compris la conception, la fiabilité
et la qualité des produits, la conception et la maîtrise des procédés, les opérations en atelier, la
gestion de la chaîne d’approvisionnement, les pratiques de sécurité et de santé sur le lieu de travail
durant la production, l’utilisation et la manipulation de nanomatériaux. La nanofabrication englobe
des techniques d’assemblage et d’auto-assemblage dirigées, des méthodologies de synthèse et des
procédés de fabrication tels que la lithographie et des processus biologiques. La nanofabrication
comprend également l’assemblage dirigé par approche ascendante («bottom-up»), le traitement à
haute résolution par approche descendante («top-down»), l’ingénierie des systèmes moléculaires et
l’intégration hiérarchique avec des systèmes à plus grande échelle. Au fur et à mesure que les échelles
dimensionnelles des matériaux et des systèmes moléculaires se rapprochent de l’échelle nanométrique,
les règles conventionnelles régissant leur comportement peuvent varier considérablement. À ce titre, le
comportement d’un produit final est directement lié à la performance collective de ses constituants de
base à l’échelle nanométrique.Les termes propres aux procédés biologiques ne sont pas inclus dans cette deuxième édition du
vocabulaire de la nanofabrication, mais, compte tenu de l’évolution rapide dans ce domaine, il est
prévu que les termes propres à cet important domaine soient ajoutés lors d’une mise à jour ultérieure
du présent document ou dans des documents accompagnant la série de normes ISO/TS 80004. Ces
documents pourraient inclure à la fois le traitement des nanomatériaux biologiques et l’utilisation de
procédés biologiques pour la fabrication de matériaux à l’échelle nanométrique.De la même manière, des termes supplémentaires issus d’autres domaines de nanofabrication
en développement, y compris la fabrication de composites, la technique bobine/bobine et autres
techniques, seront inclus dans de futurs documents.Une distinction doit être faite entre les termes «nanofabrication» et «nanoproduction».
La«nanofabrication» englobe un éventail de procédés plus vaste que celui de la «nanoproduction».
La «nanofabrication» comprend toutes les techniques de «nanoproduction», ainsi que les techniques
associées au traitement des matériaux et à la synthèse chimique.Le présent document se veut une introduction aux procédés utilisés pour les premières étapes de la
chaîne de valeur de la nanofabrication, c’est-à-dire la synthèse, la production ou le contrôle intentionnels
de nanomatériaux, y compris les étapes de fabrication à l’échelle nanométrique. Les nanomatériaux
issus de ces procédés de fabrication sont commercialisés lorsqu’ils peuvent, par exemple, faire l’objet
d’une purification supplémentaire, être rendus compatibles pour une dispersion dans des mélanges
ou des matrices composites, ou servir de composants intégrés dans des systèmes et des appareils. En
réalité, la chaîne de valeur de la nanofabrication est un ensemble important et diversifié de chaînes de
valeur commerciales qui couvrent les secteurs suivants:— l’industrie des semi-conducteurs (où la pression exercée pour créer des microprocesseurs plus
petits, plus rapides et plus performants a conduit à la création de circuits inférieurs à 100 nm);
— l’électronique et les télécommunications;— l’aérospatiale, la défense et la sécurité nationale;
— l’énergie et l’automobile;
— les plastiques et les céramiques;
— les produits forestiers et papetiers;
— l’alimentation et l’emballage alimentaire;
© ISO 2020 – Tous droits réservés v
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ISO/TS 80004-8:2020(F)
— l’industrie pharmaceutique, la biomédecine et les biotechnologies;
— l’assainissement de l’environnement;
— l’habillement et les soins de santé.
Sur le marché, des milliers de tonnes de nanomatériaux font l’objet d’applications finales dans plusieurs
des secteurs en question, tels que le noir de carbone et la fumée de silice. Les nanomatériaux qui sont
conçus de manière rationnelle dans un but spécifique sont censés bouleverser le paysage de secteurs
tels que les biotechnologies, l’assainissement de l’eau et le développement des énergies.
La plupart des articles du présent document sont organisés par type de procédés. Dans l’Article 6, la
logique de classement est la suivante: avant la fabrication de la particule, le matériau lui-même est en
phase gazeuse/liquide/solide. La phase du substrat ou porteur dans le procédé ne détermine pas la
catégorisation du procédé. Par exemple, des particules de fer sont des catalyseurs pour un procédé dans
lequel de l’hydrocarbure est ensemencée par des particules de fer, l’hydrocarbure se vaporise puis se
condense, formant des particules de carbone sur les particules de fer. Dans la mesure où l’hydrocarbure
est l’élément qui se vaporise, il s’agit d’un procédé en phase gazeuse. Du fait que les nanotubes sont
synthétisés en phase gazeuse, en présence de particules de catalyseur réagissant avec la phase gazeuse
pour produire les nanotubes, ce procédé est caractérisé comme étant un procédé en phase gazeuse.
L’Annexe A fournit des indications permettant d’établir si des procédés de synthèse sont utilisés ou non
pour fabriquer des nano-objets, des nanoparticules ou les deux.En outre, l’Annexe A identifie les procédés qui sont également applicables aux matériaux macroscopiques
et qui ne sont donc pas exclusivement pertinents pour la nanofabrication. Une compréhension commune
de la terminologie utilisée dans des applications pratiques permettra aux entités concernées d’employer
des méthodes communes dans la nanofabrication et permettra de renforcer le développement de
la nanofabrication à travers le monde. Une généralisation de la compréhension des termes au sein
de l’infrastructure de fabrication existante assurera la transition entre les innovations dans les
laboratoires de recherche et la viabilité économique des nanotechnologies.En ce qui concerne les termes informatifs venant à l’appui de la terminologie relative à la nanofabrication,
[11]voir la norme BSI PAS 135 .
Le présent document fait partie d’un vocabulaire constitué de plusieurs parties et traitant des différents
aspects des nanotechnologies.vi © ISO 2020 – Tous droits réservés
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SPÉCIFICATION TECHNIQUE ISO/TS 80004-8:2020(F)
Nanotechnologies — Vocabulaire —
Partie 8:
Processus de nanofabrication
1 Domaine d’application
Le présent document définit une liste de termes liés aux procédés de nanofabrication dans le domaine
des nanotechnologies.Dans le présent document, tous les termes liés aux procédés se rapportent à la nanofabrication;
cependant, bon nombre des procédés mentionnés ne se rapportent pas exclusivement à l’échelle
nanométrique. Lorsque des termes sont non exclusifs à la nanofabrication, cela est indiqué dans leur
définition. Selon que les conditions sont maîtrisables ou non, de tels procédés peuvent donner lieu à des
matériaux à l’échelle nanométrique ou à de plus grandes échelles.Il existe de nombreux autres termes qui désignent des outils, des composants, des matériaux, des
méthodes de contrôle de systèmes ou des méthodes métrologiques associées à la nanofabrication, mais
qui ne relèvent pas du domaine d’application du présent document.Des termes et définitions d’autres parties de la série de normes ISO/TS 80004 sont repris dans l’Article 3
à des fins de contexte et d’une meilleure compréhension.2 Références normatives
Le présent document ne contient aucune référence normative.
3 Termes et définitions
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/3.1
nanotube de carbone
CNT (NTC)
nanotube (3.9) composé de carbone
Note 1 à l'article: Les nanotubes de carbone sont, en général, constitués de couches de graphène enroulées sur
elles-mêmes, et comprennent des nanotubes de carbone simple paroi et des nanotubes de carbone multi-parois.
[SOURCE: ISO/TS 80004-3:2010, 4.3]3.2
nanocomposite
solide composé d’un mélange de deux ou plusieurs matériaux de phases distinctes, dont une ou plusieurs
sont des nanophasesNote 1 à l'article: Les nanophases gazeuses sont exclues (elles sont traitées dans la catégorie des matériaux
nanoporeux).© ISO 2020 – Tous droits réservés 1
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ISO/TS 80004-8:2020(F)
Note 2 à l'article: Les matériaux composés de phases à l’échelle nanométrique (3.7) formées uniquement par
précipitation ne sont pas considérés comme des nanocomposites.[SOURCE: ISO/TS 80004-4:2011, 3.2]
3.3
nanofibre
nano-objet (3.5) ayant deux dimensions externes à l’échelle nanométrique (3.7) et la troisième dimension
externe significativement plus grandeNote 1 à l'article: La plus grande des dimensions externes n’est pas nécessairement à l’échelle nanométrique.
Note 2 à l'article: Les termes «nanofibrille» et «nanofilament» peuvent également être utilisés.
Note 3 à l'article: La plus grande des dimensions externes n’est pas nécessairement à l’échelle nanométrique.
[SOURCE: ISO/TS 80004-2:2015, 4.5, modifiée — la Note 3 à l’article a été remplacée.]
3.4nanomatériau
matériau ayant une dimension extérieure à l’échelle nanométrique (3.7) ou ayant une structure interne
ou une structure de surface à l’échelle nanométriqueNote 1 à l'article: Ce terme générique englobe les nano-objets (3.5) et les matériaux nanostructurés (3.8).
Note 2 à l'article: Voir également nanomatériau d’ingénierie, nanomatériau manufacturé et nanomatériau
incidentel.[SOURCE: ISO/TS 80004-1:2015, 2.4]
3.5
nano-objet
portion discrète de matériau dont une, deux ou les trois dimensions externes sont à l’échelle
nanométrique (3.7)Note 1 à l'article: Terme générique pour tous les objets discrets à l’échelle nanométrique.
[SOURCE: ISO/TS 80004-1:2015, 2.5, modifiée — la Note 1 à l’article a été remplacée.]
3.6nanoparticule
nano-objet (3.5) dont toutes les dimensions externes sont à l’échelle nanométrique (3.7) et dont les
longueurs du plus grand et du plus petit axes ne diffèrent pas de façon significative
Note 1 à l'article: Si les dimensions diffèrent de façon significative (généralement d’un facteur supérieur à 3), des
termes tels que «nanofibre» ou «nanoplaque» peuvent être préférés au terme «nanoparticule».
[SOURCE: ISO/TS 80004-2:2015, 4.4]3.7
échelle nanométrique
échelle de longueur s’étendant approximativement de 1 nm à 100 nm
Note 1 à l'article: Les propriétés qui ne constituent pas des extrapolations par rapport à des dimensions plus
grandes sont principalement manifestes dans cette échelle de longueur.[SOURCE: ISO/TS 80004-1:2015, 2.1]
3.8
matériau nanostructuré
matériau ayant une structure interne ou de surface à l’échelle nanométrique (3.7)
Note 1 à l'article: Si une ou plusieurs dimensions externes sont à l’échelle nanométrique, il est recommandé
d’utiliser le terme nano-objet (3.5).2 © ISO 2020 – Tous droits réservés
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ISO/TS 80004-8:2020(F)
Note 2 à l'article: Adapté de l’ISO/TS 80004-1:2015, définition 2.7.
[SOURCE: ISO/TS 80004-4:2011, 2.11]
3.9
nanotube
nanofibre (3.3) creuse
[SOURCE: ISO/TS 80004-2:2015, 4.8]
4 Termes relatifs aux aspects généraux
4.1
nanofabrication ascendante
procédés qui utilisent de petites unités fondamentales à l’échelle nanométrique (3.7) afin de créer des
structures ou assemblages de plus grande taille riches en fonctionnalités4.2
codépôt
dépôt simultané de deux matériaux sources ou plus
Note 1 à l'article: Les méthodes courantes incluent le dépôt sous vide, le dépôt par pulvérisation thermique (8.2.16),
le dépôt électrolytique (8.2.7) et le dépôt par sédimentation.4.3
comminution
concassage ou broyage (7.5.6) afin de réduire la taille des particules
Note 1 à l'article: Le terme n’est pas exclusif à la nanofabrication.
4.4
assemblage dirigé
formation d’une structure guidée par une intervention extérieure à l’aide de composants à l’échelle
nanométrique (3.7) qui peuvent, en principe, avoir n’importe quel motif défini4.5
auto-assemblage dirigé
auto-assemblage (4.11) influencé par une intervention extérieure afin de produire une structure, une
orientation ou un motif préférentiel(le)Note 1 à l'article: Une intervention extérieure peut être, par exemple, un champ appliqué, un gabarit chimique ou
structural, un gradient chimique ou un débit fluidique.4.6
lithographie
reproduction d’un motif
Note 1 à l'article: Le motif peut être formé dans un matériau radiosensible ou par le déplacement de matériau sur
un substrat par l’un des moyens suivants: transfert, impression ou écriture directe.
4.7dépôt multi-couches
dépôt alterné de deux matériaux sources ou plus afin de produire une structure composite en couches
4.8nanoproduction
ensemble des activités visant à élaborer intentionnellement des nano-objets (3.5) ou des matériaux
nanostructurés (3.8)© ISO 2020 – Tous droits réservés 3
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ISO/TS 80004-8:2020(F)
4.9
nanofabrication
synthèse, génération ou contrôle intentionnels de nanomatériaux (3.4), ou étapes de production à
l’échelle nanométrique (3.7), à des fins commerciales[SOURCE: ISO/TS 80004-1:2015, 2.11]
4.10
procédés de nanofabrication
ensemble des activités visant à synthétiser, produire ou contrôler intentionnellement des nanomatériaux
(3.4), ou des étapes de fabrication à l’échelle nanométrique (3.7), à des fins commerciales
[SOURCE: ISO/TS 80004-1:2015, 2.12]4.11
auto-assemblage
action autonome par laquelle des composants s’organisent eux-mêmes sous forme de motifs ou de
structures4.12
fonctionnalisation de surface
procédé chimique qui permet de créer sur une surface une fonctionnalité chimique ou physique définie
4.13nanofabrication descendante
procédés qui permettent de créer des structures à l’échelle nanométrique (3.7) à partir d’objets
macroscopiques5 Termes relatifs à l’assemblage dirigé
5.1
assemblage par guidage électrostatique
utilisation d’une force électrostatique afin d’orienter ou introduire des éléments à l’échelle nanométrique
(3.7) dans un dispositif ou un matériau5.2
alignement fluidique
utilisation de l’écoulement d’un fluide afin d’orienter des éléments à l’échelle nanométrique (3.7) dans un
dispositif ou un matériau5.3
assemblage hiérarchique
utilisation de plusieurs types de procédés de nanofabrication (4.9) afin de contrôler la structure à
différentes échelles de longueur5.4
assemblage par guidage magnétique
utilisation d’une force magnétique pour créer un assemblage d’éléments/particules à l’échelle
nanométrique (3.7) selon un motif ou une configuration souhaité(e)5.5
assemblage par forme
utilisation des formes géométriques de nanoparticules (3.6) afin d’obtenir un motif ou une configuration
souhaité(e)5.6
assemblage supramoléculaire
utilisation d’une liaison chimique non covalente afin d’assembler des molécules ou des nanoparticules
(3.6) avec des ligands de surface4 © ISO 2020 – Tous droits réservés
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ISO/TS 80004-8:2020(F)
5.7
transfert entre surfaces
transfert de nanoparticules (3.6) ou de structures depuis la surface d’un substrat, sur lequel elles ont
été déposées, synthétisées ou assemblées, vers un autre substrat6 Termes relatifs aux procédés d’auto-assemblage
6.1
cristallisation colloïdale
sédimentation de nanoparticules (3.6) à partir d’une solution contenant des nano-objets (3.5) ainsi que
leurs agrégats et agglomérats (NOAA) pour former un solide constitué d’un groupement de particules
formant un réseau de motifs répétésNote 1 à l'article: Le terme n’est pas exclusif à la nanofabrication, mais a été adapté pour s’appliquer aux procédés
de nanofabrication.6.2
grapho-épitaxie
auto-assemblage dirigé (4.5) utilisant des caractéristiques topographiques à l’échelle nanométrique (3.7)
Note 1 à l'article: Ce procédé inclut la croissance d’une couche mince sur la surface et la croissance d’une couche
supplémentaire au-dessus d’un substrat qui possède une structure identique à ou différente de celle du cristal
sous-jacent.Note 2 à l'article: Le terme n’est pas exclusif à la nanofabrication, mais a été adapté pour s’appliquer aux procédés
de nanofabrication.6.3
reconstruction de surface par faisceau d’ions
utilisation d’un faisceau d’ions accélérés afin de provoquer une modification de surface qui peut être à
l’échelle nanométrique (3.7)Note 1 à l'article: Le terme n’est pas exclusif à la nanofabrication, mais a été adapté pour s’appliquer aux procédés
de nanofabrication.6.4
formation d’un film de Langmuir-Blodgett
création d’un film au niveau d’une interface air-liquide
6.5
transfert d’un film de Langmuir-Blodgett
transfert d’un film de Langmuir-Blodgett formé au niveau d’une interface air-liquide vers une surface
solide en plongeant un substrat solide dans le liquide support6.6
dépôt couche par couche
dépôt LBL (CPC)
procédé électrostatique qui consiste à déposer, l’un au-dessus de l’autre, des polyélectrolytes de charges
opposées6.7
méthode impliquant des réactifs élémentaires modulés
utilisation de précurseurs déposés en phase vapeur avec des régions de composition contrôlée, en tant
que matrice pour former des couches imbriquées de deux structures ou plusNote 1 à l'article: Le terme n’est pas exclusif à la nanofabrication.
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ISO/TS 80004-8:2020(F)
6.8
formation d’une monocouche auto-assemblée
formation d’une SAM (MAM)
formation spontanée d’une couche moléculaire organisée sur une surface solide à partir d’une solution
ou de la phase vapeur, guidée par une liaison molécule-surface et une interaction intermoléculaire faible
6.9croissance de Stranski-Krastanov
mode de croissance de film mince qui commence comme une croissance Frank-van der Merwe (6.10)
bidimensionnelle, puis continue comme une croissance Volmer-Weber (6.11) tridimensionnelle
6.10croissance Frank-van der Merwe
croissance d’un film couche par couche
Note 1 à l'article: La croissance Frank-van der Merwe correspond à la situation dans laquelle les atomes d’un film
ont une liaison plus forte avec un substrat qu’entre eux. En conséquence, la croissance de la couche suivante ne
peut commencer tant que la croissance de la précédente n’est pas terminée.Note 2 à l'article: La croissance Frank-van der Merwe est un mode de croissance strictement bidimensionnel.
6.11croissance Volmer-Weber
croissance d’un film par formation d’îlots
Note 1 à l'article: La croissance Volmer-Weber correspond à la situation dans laquelle les atomes d’un film ont
une liaison plus forte entre eux qu’avec un substrat.Note 2 à l'article: La croissance Volmer-Weber (6.10) est un mode de croissance tridimensionnel.
7 Termes relatifs à la synthèse7.1 Procédés en phase gazeuse — Méthodes physiques
7.1.1
pulvérisation dynamique par gaz froid
procédé dans lequel des poudres cristallines à l’échelle nanométrique (3.7) ou des poudres
conventionnelles sont fluidisées, puis consolidées sur un revêtement de surface dans un gaz inerte à
grande vitesseNote 1 à l'article: Le terme n’est pas exclusif à la nanofabrication, mais a été adapté pour s’appliquer aux procédés
de nanofabrication.7.1.2
dépôt par électro-étincelles
procédé de microsoudage à l’arc pulsé utilisant des impulsions électriques de haute intensité et de
courte durée pour déposer un matériau d’électrode sur un substrat7.1.3
évaporation par faisceau d’électrons
procédé dans lequel un matériau est vaporisé par irradiation d’électrons à haute énergie dans des
conditions de vide poussé ou d’ultravide en vue d’un dépôt ultérieur sur un substrat
7.1.4explosion électrique d’un fil
formation de nanoparticules (3.6) par application d’une impulsion électrique de dens
...TECHNICAL ISO/TS
SPECIFICATION 80004-8
Second edition
Nanotechnologies — Vocabulary —
Part 8:
Nanomanufacturing processes
Nanotechnologies — Vocabulaire —
Partie 8: Processus de nanofabrication
Member bodies are requested to consult relevant national interests in IEC/TC
113 before casting their ballot to the e-Balloting application.
PROOF/ÉPREUVE
Reference number
ISO/TS 80004-8:2020(E)
ISO 2020
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ISO/TS 80004-8:2020(E)
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below or ISO’s member body in the country of the requester.ISO copyright office
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ISO/TS 80004-8:2020(E)
Contents Page
Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv
Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v
1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1
2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1
3 Terms and definitions from other parts of the ISO/TS 80004 series ............................................................1
4 Terms related to general aspects ........................................................................................................................................................ 3
5 Terms related to directed assembly ................................................................................................................................................. 4
6 Terms related to self-assembly processes ................................................................................................................................. 5
7 Terms related to synthesis ......................................................................................................................................................................... 6
7.1 Gas process phase — Physical methods ........................................................................................................................... 6
7.2 Gas process phase — Chemical methods ......................................................................................................................... 7
7.2.1 Flame synthesis processes ...................................................................................................................................... 7
7.2.2 Other terms .......................................................................................................................................................................... 8
7.3 Liquid process phase — Physical methods .................................................................................................................... 8
7.4 Liquid process phase — Chemical methods .................................................................................................................. 9
7.5 Solid process phase — Physical methods .....................................................................................................................10
7.6 Solid process phase — Chemical methods ..................................................................................................................12
8 Terms related to fabrication .................................................................................................................................................................12
8.1 Nanopatterning lithography .....................................................................................................................................................12
8.2 Deposition processes ......................................................................................................................................................................16
8.3 Etching processes ..............................................................................................................................................................................18
8.4 Printing and coating ........................................................................................................................................................................21
Annex A (informative) Identification of output resulting from defined synthesis processes ................22
Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................25
Index .................................................................................................................................................................................................................................................26
© ISO 2020 – All rights reserved PROOF/ÉPREUVE iii---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/TS 80004-8:2020(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO’s adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www .iso .org/
iso/ foreword .html.This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 229, Nanotechnologies, in collaboration
with the European Committee for Standardization (CEN) Technical Committee CEN/TC 352,
Nanotechnologies, in accordance with the Agreement on technical cooperation between ISO and CEN
(Vienna Agreement).This second edition cancels and replaces the first edition (ISO/TS 80004-8:2013), which has been
technically revised throughout.A list of all parts in the ISO/TS 80004 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.iv PROOF/ÉPREUVE © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO/TS 80004-8:2020(E)
Introduction
Nanomanufacturing is the essential bridge between the discoveries of the nanosciences and real-world
nanotechnology products.Advancing nanotechnology from the laboratory into volume production ultimately requires careful
study of manufacturing process issues including product design, reliability and quality, process design
and control, shop floor operations, supply chain management, workplace safety and health practices
during the production, use and handling of nanomaterials. Nanomanufacturing encompasses directed
self-assembly and assembly techniques, synthetic methodologies, and fabrication processes such as
lithography and biological processes. Nanomanufacturing also includes bottom-up directed assembly,
top-down high-resolution processing, molecular systems engineering and hierarchical integration with
larger scale systems. As dimensional scales of materials and molecular systems approach the nanoscale,
the conventional rules governing their behaviour may change significantly. As such, the behaviour of a
final product is enabled by the collective performance of its nanoscale building blocks.
Biological process terms are not included in this second edition of the nanomanufacturing vocabulary,
but considering the rapid development of the field, it is expected that terms in this important area will
be added in a future update to this document or in companion documents in the ISO/TS 80004 series.
This could include both the processing of biological nanomaterials and the use of biological processes to
manufacture materials at the nanoscale.Similarly, additional terms from other developing areas of nanomanufacturing, including composite
manufacturing, roll-to-roll manufacturing and others, will be included in future documents.
There is a distinction between the terms “nanomanufacturing” and “nanofabrication”.
Nanomanufacturing encompasses a broader range of processes than does nanofabrication.
Nanomanufacturing encompasses all nanofabrication techniques and also techniques associated with
materials processing and chemical synthesis.This document provides an introduction to processes used in the early stages of the nanomanufacturing
value chain, namely the intentional synthesis, generation or control of nanomaterials, including
fabrication steps in the nanoscale. The nanomaterials that result from these manufacturing processes
are distributed in commerce where, for example, they may be further purified, be compatabilized to
be dispersed in mixtures or composite matrices, or serve as integrated components of systems and
devices. The nanomanufacturing value chain is, in actuality, a large and diverse group of commercial
value chains that stretch across these sectors:— the semiconductor industry (where the push to create smaller, faster, and more efficient
microprocessors heralded the creation of circuitry less than 100 nm in size);— electronics and telecommunications;
— aerospace, defence and national security;
— energy and automotive;
— plastics and ceramics;
— forest and paper products;
— food and food packaging;
— pharmaceuticals, biomedicine and biotechnology;
— environmental remediation;
— clothing and personal care.
There are thousands of tonnes of nanomaterials on the market with end-use applications in several of
these sectors, such as carbon black and fumed silica. Nanomaterials that are rationally designed with
© ISO 2020 – All rights reserved PROOF/ÉPREUVE v---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO/TS 80004-8:2020(E)
specific purpose are expected to radically change the landscape in areas such as biotechnology, water
purification and energy development.The majority of clauses in this document are organized by process type. In Clause 6, the logic of
placement is as follows: in the step before the particle is made, the material itself is in a gas/liquid/
solid phase. The phase of the substrate or carrier in the process does not drive the categorization of the
process. As an example, consider iron particles that are catalysts in a process by which you seed oil with
iron particles, the oil vaporizes and condenses forming carbon particles on the iron particles. What
vaporizes is the oil, and therefore it is a gas phase process. Nanotubes grow from the gas phase, starting
with catalyst particles that react with the gas phase to grow the nanotubes, thus this is characterized
as a gas process. Indication of whether synthesis processes are used to manufacture nano-objects,
nanoparticles or both is provided in Annex A.In addition, Annex A identifies the processes that are also applicable to macroscopic materials and are
therefore not exclusively relevant to nanomanufacturing. A common understanding of the terminology
used in practical applications will enable communities of practice in nanomanufacturing and will
advance nanomanufacturing strength worldwide. Extending the understanding of terms across the
existing manufacturing infrastructure will serve to bridge the transition between the innovations of
the research laboratory and the economic viability of nanotechnologies.[11]
For informative terms supportive of nanomanufacturing terminology, see BSI PAS 135 .
This document belongs to a multi-part vocabulary covering the different aspects of nanotechnologies.
vi PROOF/ÉPREUVE © ISO 2020 – All rights reserved---------------------- Page: 6 ----------------------
TECHNICAL SPECIFICATION ISO/TS 80004-8:2020(E)
Nanotechnologies — Vocabulary —
Part 8:
Nanomanufacturing processes
1 Scope
This document defines terms related to nanomanufacturing processes in the field of nanotechnologies.
All the process terms in this document are relevant to nanomanufacturing, however, many of the listed
processes are not exclusively relevant to the nanoscale. Terms that are not exclusive are noted within
the definitions. Depending on controllable conditions, such processes can result in material features at
the nanoscale or, alternatively, at larger scales.There are many other terms that name tools, components, materials, systems control methods or
metrology methods associated with nanomanufacturing that are beyond the scope of this document.
Terms and definitions from other parts of the ISO/TS 80004 series are reproduced in Clause 3 for
context and better understanding.2 Normative references
There are no normative references in this document.
3 Terms and definitions from other parts of the ISO/TS 80004 series
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1
carbon nanotube
CNT
nanotube (3.9) composed of carbon
Note 1 to entry: Carbon nanotubes usually consist of curved graphene layers, including single-walled carbon
nanotubes and multi-walled carbon nanotubes.[SOURCE: ISO/TS 80004-3:2010, 4.3]
3.2
nanocomposite
solid comprising a mixture of two or more phase-separated materials, one or more being nanophase
Note 1 to entry: Gaseous nanophases are excluded (they are covered by nanoporous material).
Note 2 to entry: Materials with nanoscale (3.7) phases formed by precipitation alone are not considered to be
nanocomposite materials.[SOURCE: ISO/TS 80004-4:2011, 3.2]
© ISO 2020 – All rights reserved PROOF/ÉPREUVE 1
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ISO/TS 80004-8:2020(E)
3.3
nanofibre
nano-object (3.5) with two external dimensions in the nanoscale (3.7) and the third dimension
significantly largerNote 1 to entry: The largest external dimension is not necessarily in the nanoscale.
Note 2 to entry: The terms “nanofibril” and “nanofilament” can also be used.Note 3 to entry: The largest external dimension is not necessarily in the nanoscale.
[SOURCE: ISO/TS 80004-2:2015, 4.5, modified — Note 3 to entry has been replaced.]
3.4nanomaterial
material with any external dimension in the nanoscale (3.7) or having internal structure or surface
structure in the nanoscaleNote 1 to entry: This generic term is inclusive of nano-object (3.5) and nanostructured material (3.8).
Note 2 to entry: See also engineered nanomaterial, manufactured nanomaterial and incidental nanomaterial.
[SOURCE: ISO/TS 80004-1:2015, 2.4]3.5
nano-object
discrete piece of material with one, two or three external dimensions in the nanoscale (3.7)
Note 1 to entry: Generic term for all discrete nano-objects.[SOURCE: ISO/TS 80004-1:2015, 2.5, modified — Note 1 to entry has been replaced.]
3.6nanoparticle
nano-object (3.5) with all external dimensions in the nanoscale (3.7) where the lengths of the longest
and the shortest axes of the nano-object do not differ significantlyNote 1 to entry: If the dimensions differ significantly (typically by more than three times), terms such as
“nanofibre” or “nanoplate” may be preferred to the term “nanoparticle”.[SOURCE: ISO/TS 80004-2:2015, 4.4]
3.7
nanoscale
length range from approximately from 1 nm to 100 nm
Note 1 to entry: Properties that are not extrapolations from a larger size are predominately exhibited in this
length range.[SOURCE: ISO/TS 80004-1:2015, 2.1]
3.8
nanostructured material
material having internal or surface structure in the nanoscale (3.7)
Note 1 to entry: If external dimensions are in the nanoscale, the term nano-object (3.5) is recommended.
Note 2 to entry: Adapted from ISO/TS 80004-1:2015, 2.7.[SOURCE: ISO/TS 80004-4:2011, 2.11]
2 PROOF/ÉPREUVE © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO/TS 80004-8:2020(E)
3.9
nanotube
hollow nanofibre (3.3)
[SOURCE: ISO/TS 80004-2:2015, 4.8]
4 Terms related to general aspects
4.1
bottom-up nanomanufacturing
processes that use small fundamental units in the nanoscale (3.7) to create larger, functionally rich
structures or assemblies4.2
co-deposition
simultaneous deposition of two or more source materials
Note 1 to entry: Common methods include vacuum, thermal spray (8.2.16), electrodeposition (8.2.7) and liquid
suspension deposition techniques.4.3
comminution
crushing or grinding (7.5.6) for particle size reduction
Note 1 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing.
4.4
directed assembly
guided formation of a structure guided by external intervention using components at the nanoscale
(3.7) that can, in principle, have any defined pattern4.5
directed self-assembly
self-assembly (4.11) influenced by external intervention to produce a preferred structure, orientation
or patternNote 1 to entry: Examples of external intervention include an applied field, a chemical or structural template,
chemical gradient and fluidic flow.4.6
lithography
reproducible creation of a pattern
Note 1 to entry: The pattern can be formed in a radiation sensitive material or by transfer of material onto a
substrate by one of the following: transfer, printing or direct writing.4.7
multilayer deposition
alternating deposition of two or more source materials to produce a composite layer structure
4.8nanofabrication
ensemble of activities to intentionally create nano-objects (3.5) or nanostructured materials (3.8)
4.9nanomanufacturing
intentional synthesis, generation or control of nanomaterials (3.4), or fabrication steps in the nanoscale
(3.7), for commercial purposes[SOURCE: ISO/TS 80004-1:2015, 2.11]
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ISO/TS 80004-8:2020(E)
4.10
nanomanufacturing process
ensemble of activities to intentionally synthesize, generate or control nanomaterials (3.4), or fabrication
steps in the nanoscale (3.7), for commercial purposes[SOURCE: ISO/TS 80004-1:2015, 2.12]
4.11
self-assembly
autonomous action by which components organize themselves into patterns or structures
4.12surface functionalization
chemical process that acts upon a surface to impart a selected chemical or physical functionality
4.13top-down nanomanufacturing
processes that create structures at the nanoscale (3.7) from macroscopic objects
5 Terms related to directed assembly
5.1
electrostatic driven assembly
use of electrostatic force to orient or place nanoscale (3.7) elements in a device or material
5.2fluidic alignment
use of fluid flow to orient nanoscale (3.7) elements in a device or material
5.3
hierarchical assembly
use of more than one type of nanomanufacturing (4.9) process to control a structure at multiple
length scales5.4
magnetic driven assembly
use of magnetic force to assemble elements/particles at the nanoscale (3.7) in a desired pattern or
configuration5.5
shape-based assembly
use of geometric shapes of nanoparticles (3.6) to achieve a desired pattern or configuration
5.6supramolecular assembly
use of non-covalent chemical bonding to assemble molecules or nanoparticles (3.6) with surface ligands
5.7surface-to-surface transfer
transfer of nanoparticles (3.6) or structures from the surface of one substrate, on which they have been
deposited, grown or assembled, onto another substrate4 PROOF/ÉPREUVE © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO/TS 80004-8:2020(E)
6 Terms related to self-assembly processes
6.1
colloidal crystallization
sedimentation of nanoparticles (3.6) from a solution containing nano-objects (3.5) and their aggregates
and agglomerates (NOAAs) to form a solid, which consists of an organization of particles to form an
array of repeating unitsNote 1 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing but has been adapted to apply to
nanomanufacturing processes.6.2
graphioepitaxy
directed self-assembly (4.5) using nanoscale (3.7) topographical features
Note 1 to entry: Includes the growth of a thin layer on the surface and growth of an additional layer on top of a
substrate, which has the same or different structure as the underlying crystal.Note 2 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing but has been adapted to apply to
nanomanufacturing processes.6.3
ion beam surface reconstruction
use of an accelerated ion beam to cause surface modification, which can be at the nanoscale (3.7)
Note 1 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing but has been adapted to apply to
nanomanufacturing processes.6.4
Langmuir-Blodgett film formation
creation of a film at an air-liquid interface
6.5
Langmuir-Blodgett film transfer
transfer of a Langmuir-Blodgett film formed at an air-liquid interface onto a solid surface by dipping a
solid substrate into the supporting liquid6.6
layer-by-layer deposition
LbL deposition
electrostatic process of depositing polyelectrolytes with opposite charges laid over or under another
6.7modulated elemental reactant method
use of vapour deposited precursors with regions of controlled composition as a template for the
formation of interleaved layers of two or more structuresNote 1 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing.
6.8
self-assembled monolayer formation
SAM formation
spontaneous formation of an organized molecular layer on a solid surface from solution or the vapour
phase, driven by molecule-to-surface bonding and weak intermolecular interaction6.9
Stranski-Krastanow growth
mode of thin film growth which starts as a two-dimensional Frank-van der Merve growth (6.10), and
then continues as a three-dimensional Volmer-Weber growth (6.11)© ISO 2020 – All rights reserved PROOF/ÉPREUVE 5
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ISO/TS 80004-8:2020(E)
6.10
Frank-van der Merve growth
layer-by-layer film growth
Note 1 to entry: Frank-van der Merve growth corresponds to the situation when atoms of a film have a stronger
connection with a substrate than with each other. As a result, the next layer growth could not begin until the
previous is completed.Note 2 to entry: Frank-van der Merve growth is strictly a two-dimensional growth mode.
6.11Volmer-Weber growth
island film growth
Note 1 to entry: Volmer-Weber growth mode corresponds to the situation when atoms of a film have a stronger
connection with each other than with a substrate.Note 2 to entry: Frank-van der Merve growth (6.10) is a three-dimensional growth mode.
7 Terms related to synthesis7.1 Gas process phase — Physical methods
7.1.1
cold gas dynamic spraying
process in which either nanoscale (3.7) crystalline powders or conventional powders are fluidized and
then consolidated onto a surface coating in a high velocity inert gasNote 1 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing but has been adapted to apply to
nanomanufacturing processes.7.1.2
electro-spark deposition
pulsed-arc micro-welding process using short-duration, high-current electrical pulses to deposit an
electrode material onto a substrate7.1.3
electron-beam evaporation
process in which a material is vaporized by incidence of high energy electrons in high or ultra-high
vacuum conditions for subsequent deposition onto a substrate7.1.4
wire electric explosion
formation of nanoparticles (3.6) by applying an electrical pulse of high current density through a wire
causing it to volatilize with subsequent recondensation7.1.5
freeze drying
dehydration or solvent removal by rapid cooling immediately followed by vacuum sublimation
Note 1 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing.7.1.6
spray drying
method in which a dry powder is produced from a liquid or slurry by rapid evaporation (8.2.10) of the
liquid from droplets formed by nebulization, via contact with a hot gas or equivalent
Note 1 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing.6 PROOF/ÉPREUVE © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO/TS 80004-8:2020(E)
7.1.7
supercritical expansion
precipitation of nano-objects (3.5) resulting from an expansion of a solution above its critical
temperature and critical pressure through a spray deviceNote 1 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing but has been adapted to apply to
nanomanufacturing processes.7.1.8
suspension combustion thermal spray
thermal spray (8.2.16) in which the precursor is introduced to a plasma jet in the form of a liquid
suspension7.1.9
vaporization
process of assisted change of phase from solid or liquid to gas or plasma phases
Note 1 to entry: The vaporization process is often used to consequently deposit the vaporized material on a
target substrate. The whole process is known as physical vapour deposition (PVD) (8.2.14).
−6 −9Note 2 to entry: High vacuum PVD is usually performed at pressures in the range of 10 to 10 Torr. Ultra-high
vacuum (UHV) PVD is the deposition performed at pressures below 10 Torr.Note 3 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing.
7.2 Gas process phase — Chemical methods
7.2.1 Flame synthesis processes
7.2.1.1
liquid precursor combustion
creation of solid product, typically a nanomaterial (3.4) in aggregate form, via exothermic reaction of a
feedstock solution with an oxidizerNote 1 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing but has been adapted to apply to
nanomanufacturing processes.7.2.1.2
plasma spray
creation of a jet of solid product, typically a nanomaterial (3.4) in aggregate form, from an ionized
gaseous sourceNote 1 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing but has been adapted to apply to
nanomanufacturing processes.7.2.1.3
pyrogenesis
process using combustion or another heat source to produce solid product, typically a nanomaterial
(3.4) in aggregate form, facilitated by an aerosolized sprayNote 1 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing but has been adapted to apply to
nanomanufacturing processes.7.2.1.4
solution precursor plasma spray
gas phase process in which a thermal (equilibrium) plasma is formed into which a solution containing
precursors is introduced resulting in gaseous species that during cooling form a solid product, typically
a nanomaterial (3.4) in aggregate formNote 1 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing but has been adapted to apply to
nanomanufacturing processes.© ISO 2020 – All rights reserved PROOF/ÉPREUVE 7
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ISO/TS 80004-8:2020(E)
7.2.1.5
thermal spray pyrolysis
creation of solid product, typically a nanomaterial (3.4) in aggregate form, from liquid precursors
through liquid atomization and reaction using a thermal sourceNote 1 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing but has been adapted to apply to
nanomanufacturing processes.7.2.2 Other terms
7.2.1
hot wall tubular reaction
chemical vapour deposition (8.2.4) performed in a tubular furnace in which the reaction surface is
maintained at a controlled elevated temperatureNote 1 to entry: The term is not exclusive to nanomanufacturing.
7.2.2
photothermal synthesis
gas phase process where a precursor or other gaseous species is heated by absorption of infrared
radiation resulting in heating of the gas and thermal decomposition of the precursor producing a solid
...SPÉCIFICATION ISO/IEC TS
TECHNIQUE 80004-8
Deuxième édition
Nanotechnologies — Vocabulaire —
Partie 8:
Processus de nanofabrication
Nanotechnologies — Vocabulary —
Part 8: Nanomanufacturing processes
Il est demandé aux comités membres de consulter les intérêts nationaux
respectifs concernant l’IEC/TC 113 avant de donner leur position sur la
plateforme de e-Balloting.
PROOF/ÉPREUVE
Numéro de référence
ISO 80004-8:2020(F)
ISO 2020
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ISO 80004-8:2020(F)
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publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright officeCase postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
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Tél.: +41 22 749 01 11
E-mail: copyright@iso.org
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Publié en Suisse
ii PROOF/ÉPREUVE © ISO 2020 – Tous droits réservés
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ISO 80004-8:2020(F)
Sommaire Page
Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................iv
Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v
1 Domaine d’application ................................................................................................................................................................................... 1
2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1
3 Termes et définitions provenant d’autres parties de la série de normes ISO/TS 80004 ..........1
4 Termes relatifs aux aspects généraux ............................................................................................................................................ 3
5 Termes relatifs à l’assemblage dirigé ............................................................................................................................................. 4
6 Termes relatifs aux procédés d’auto-assemblage .............................................................................................................. 5
7 Termes relatifs à la synthèse ................................................................................................................................................................... 6
7.1 Procédés en phase gazeuse — Méthodes physiques ......... ..................................................................................... 6
7.2 Procédés en phase gazeuse — Méthodes chimiques ............................................................................................. 7
7.2.1 Procédés de synthèse par flamme .................................................................................................................... 7
7.2.2 Autres termes ..................................................................................................................................................................... 8
7.3 Procédés en phase liquide — Méthodes physiques ................................................................................................ 8
7.4 Procédés en phase liquide — Méthodes chimiques................................................................................................ 9
7.5 Procédés en phase solide — Méthodes physiques................................................................................................10
7.6 Procédés en phase solide — Méthodes chimiques ...............................................................................................12
8 Termes relatifs à la fabrication ..........................................................................................................................................................13
8.1 Lithographie par structuration de nanomotifs ........................................................................................................13
8.2 Procédés par dépôt ..........................................................................................................................................................................16
8.3 Procédés de gravure ........................................................................................................................................................................19
8.4 Impression et revêtement ..........................................................................................................................................................22
Annexe A (informative) Identification des applications possibles des procédés de synthèse
présentés ...................................................................................................................................................................................................................23
Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................27
Index .................................................................................................................................................................................................................................................28
© ISO 2020 – Tous droits réservés PROOF/ÉPREUVE iii---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 80004-8:2020(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/ brevets).Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/ iso/ fr/ avant -propos .html.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 229, Nanotechnologies, en collaboration
avec le Comité technique CEN/TC 352, Nanotechnologie, du Comité européen de normalisation (CEN),
conformément à l’Accord de coopération technique entre l’ISO et le CEN (Accord de Vienne).
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO/TS 80004-8:2013), qui a fait l’objet
d’une révision technique.Une liste de toutes les parties de la série ISO/TS 80004 se trouve sur le site Web de l’ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/ fr/ members .html.iv PROOF/ÉPREUVE © ISO 2020 – Tous droits réservés
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ISO 80004-8:2020(F)
Introduction
La nanofabrication constitue le pont essentiel entre les découvertes du domaine des nanosciences et les
produits du monde réel issus des nanotechnologies.Le passage des nanotechnologies du laboratoire à la production de masse exige, à terme, une étude
approfondie des questions liées aux procédés de fabrication, y compris la conception, la fiabilité
et la qualité des produits, la conception et la maîtrise des procédés, les opérations en atelier, la
gestion de la chaîne d’approvisionnement, les pratiques de sécurité et de santé sur le lieu de travail
durant la production, l’utilisation et la manipulation de nanomatériaux. La nanofabrication englobe
des techniques d’assemblage et d’auto-assemblage dirigées, des méthodologies de synthèse et des
procédés de fabrication tels que la lithographie et des processus biologiques. La nanofabrication
comprend également l’assemblage dirigé par approche ascendante («bottom-up»), le traitement à
haute résolution par approche descendante («top-down»), l’ingénierie des systèmes moléculaires et
l’intégration hiérarchique avec des systèmes à plus grande échelle. Au fur et à mesure que les échelles
dimensionnelles des matériaux et des systèmes moléculaires se rapprochent de l’échelle nanométrique,
les règles conventionnelles régissant leur comportement peuvent varier considérablement. À ce titre, le
comportement d’un produit final est directement lié à la performance collective de ses constituants de
base à l’échelle nanométrique.Les termes propres aux procédés biologiques ne sont pas inclus dans cette deuxième édition du
vocabulaire de la nanofabrication, mais, compte tenu de l’évolution rapide dans ce domaine, il est
prévu que les termes propres à cet important domaine soient ajoutés lors d’une mise à jour ultérieure
du présent document ou dans des documents accompagnant la série de normes ISO/TS 80004. Ces
documents pourraient inclure à la fois le traitement des nanomatériaux biologiques et l’utilisation de
procédés biologiques pour la fabrication de matériaux à l’échelle nanométrique.De la même manière, des termes supplémentaires issus d’autres domaines de nanofabrication
en développement, y compris la fabrication de composites, la technique bobine/bobine et autres
techniques, seront inclus dans de futurs documents.Une distinction doit être faite entre les termes «nanofabrication» et «nanoproduction».
La«nanofabrication» englobe un éventail de procédés plus vaste que celui de la «nanoproduction».
La «nanofabrication» comprend toutes les techniques de «nanoproduction», ainsi que les techniques
associées au traitement des matériaux et à la synthèse chimique.Le présent document se veut une introduction aux procédés utilisés pour les premières étapes de la
chaîne de valeur de la nanofabrication, c’est-à-dire la synthèse, la production ou le contrôle intentionnels
de nanomatériaux, y compris les étapes de fabrication à l’échelle nanométrique. Les nanomatériaux
issus de ces procédés de fabrication sont commercialisés lorsqu’ils peuvent, par exemple, faire l’objet
d’une purification supplémentaire, être rendus compatibles pour une dispersion dans des mélanges
ou des matrices composites, ou servir de composants intégrés dans des systèmes et des appareils. En
réalité, la chaîne de valeur de la nanofabrication est un ensemble important et diversifié de chaînes de
valeur commerciales qui couvrent les secteurs suivants:— l’industrie des semi-conducteurs (où la pression exercée pour créer des microprocesseurs plus
petits, plus rapides et plus performants a conduit à la création de circuits inférieurs à 100 nm);
— l’électronique et les télécommunications;— l’aérospatiale, la défense et la sécurité nationale;
— l’énergie et l’automobile;
— les plastiques et les céramiques;
— les produits forestiers et papetiers;
— l’alimentation et l’emballage alimentaire;
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ISO 80004-8:2020(F)
— l’industrie pharmaceutique, la biomédecine et les biotechnologies;
— l’assainissement de l’environnement;
— l’habillement et les soins de santé.
Sur le marché, des milliers de tonnes de nanomatériaux font l’objet d’applications finales dans plusieurs
des secteurs en question, tels que le noir de carbone et la fumée de silice. Les nanomatériaux qui sont
conçus de manière rationnelle dans un but spécifique sont censés bouleverser le paysage de secteurs
tels que les biotechnologies, l’assainissement de l’eau et le développement des énergies.
La plupart des articles du présent document sont organisés par type de procédés. Dans l’Article 6, la
logique de classement est la suivante: avant la fabrication de la particule, le matériau lui-même est en
phase gazeuse/liquide/solide. La phase du substrat ou porteur dans le procédé ne détermine pas la
catégorisation du procédé. Par exemple, des particules de fer sont des catalyseurs pour un procédé dans
lequel de l’hydrocarbure est ensemencée par des particules de fer, l’hydrocarbure se vaporise puis se
condense, formant des particules de carbone sur les particules de fer. Dans la mesure où l’hydrocarbure
est l’élément qui se vaporise, il s’agit d’un procédé en phase gazeuse. Du fait que les nanotubes sont
synthétisés en phase gazeuse, en présence de particules de catalyseur réagissant avec la phase gazeuse
pour produire les nanotubes, ce procédé est caractérisé comme étant un procédé en phase gazeuse.
L’Annexe A fournit des indications permettant d’établir si des procédés de synthèse sont utilisés ou non
pour fabriquer des nano-objets, des nanoparticules ou les deux.En outre, l’Annexe A identifie les procédés qui sont également applicables aux matériaux macroscopiques
et qui ne sont donc pas exclusivement pertinents pour la nanofabrication. Une compréhension commune
de la terminologie utilisée dans des applications pratiques permettra aux entités concernées d’employer
des méthodes communes dans la nanofabrication et permettra de renforcer le développement de
la nanofabrication à travers le monde. Une généralisation de la compréhension des termes au sein
de l’infrastructure de fabrication existante assurera la transition entre les innovations dans les
laboratoires de recherche et la viabilité économique des nanotechnologies.En ce qui concerne les termes informatifs venant à l’appui de la terminologie relative à la nanofabrication,
[11]voir la norme BSI PAS 135 .
Le présent document fait partie d’un vocabulaire constitué de plusieurs parties et traitant des différents
aspects des nanotechnologies.vi PROOF/ÉPREUVE © ISO 2020 – Tous droits réservés
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SPÉCIFICATION TECHNIQUE ISO 80004-8:2020(F)
Nanotechnologies — Vocabulaire —
Partie 8:
Processus de nanofabrication
1 Domaine d’application
Le présent document définit une liste de termes liés aux procédés de nanofabrication dans le domaine
des nanotechnologies.Dans le présent document, tous les termes liés aux procédés se rapportent à la nanofabrication;
cependant, bon nombre des procédés mentionnés ne se rapportent pas exclusivement à l’échelle
nanométrique. Lorsque des termes sont non exclusifs à la nanofabrication, cela est indiqué dans leur
définition. Selon que les conditions sont maîtrisables ou non, de tels procédés peuvent donner lieu à des
matériaux à l’échelle nanométrique ou à de plus grandes échelles.Il existe de nombreux autres termes qui désignent des outils, des composants, des matériaux, des
méthodes de contrôle de systèmes ou des méthodes métrologiques associées à la nanofabrication, mais
qui ne relèvent pas du domaine d’application du présent document.Des termes et définitions d’autres parties de la série de normes ISO/TS 80004 sont repris dans l’Article 3
à des fins de contexte et d’une meilleure compréhension.2 Références normatives
Le présent document ne contient aucune référence normative.
3 Termes et définitions provenant d’autres parties de la série de normes ISO/
TS 80004
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp;
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/ .3.1
nanotube de carbone
CNT (NTC)
nanotube (3.9) composé de carbone
Note 1 à l'article: Les nanotubes de carbone sont, en général, constitués de couches de graphène enroulées sur
elles-mêmes, et comprennent des nanotubes de carbone simple paroi et des nanotubes de carbone multi-parois.
[SOURCE: ISO/TS 80004-3:2010, 4.3]3.2
nanocomposite
solide composé d’un mélange de deux ou plusieurs matériaux de phases distinctes, dont une ou plusieurs
sont des nanophasesNote 1 à l'article: Les nanophases gazeuses sont exclues (elles sont traitées dans la catégorie des matériaux
nanoporeux).© ISO 2020 – Tous droits réservés PROOF/ÉPREUVE 1
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ISO 80004-8:2020(F)
Note 2 à l'article: Les matériaux composés de phases à l’échelle nanométrique (3.7) formées uniquement par
précipitation ne sont pas considérés comme des nanocomposites.[SOURCE: ISO/TS 80004-4:2011, 3.2]
3.3
nanofibre
nano-objet (3.5) ayant deux dimensions externes à l’échelle nanométrique (3.7) et la troisième dimension
externe significativement plus grandeNote 1 à l'article: La plus grande des dimensions externes n’est pas nécessairement à l’échelle nanométrique.
Note 2 à l'article: Les termes «nanofibrille» et «nanofilament» peuvent également être utilisés.
Note 3 à l'article: La plus grande des dimensions externes n’est pas nécessairement à l’échelle nanométrique.
[SOURCE: ISO/TS 80004-2:2015, 4.5, modifiée — la Note 3 à l’article a été remplacée.]
3.4nanomatériau
matériau ayant une dimension extérieure à l’échelle nanométrique (3.7) ou ayant une structure interne
ou une structure de surface à l’échelle nanométriqueNote 1 à l'article: Ce terme générique englobe les nano-objets (3.5) et les matériaux nanostructurés (3.8).
Note 2 à l'article: Voir également nanomatériau d’ingénierie, nanomatériau manufacturé et nanomatériau
incidentel.[SOURCE: ISO/TS 80004-1:2015, 2.4]
3.5
nano-objet
portion discrète de matériau dont une, deux ou les trois dimensions externes sont à l’échelle
nanométrique (3.7)Note 1 à l'article: Terme générique pour tous les objets discrets à l’échelle nanométrique.
[SOURCE: ISO/TS 80004-1:2015, 2.5, modifiée — la Note 1 à l’article a été remplacée.]
3.6nanoparticule
nano-objet (3.5) dont toutes les dimensions externes sont à l’échelle nanométrique (3.7) et dont les
longueurs du plus grand et du plus petit axes ne diffèrent pas de façon significative
Note 1 à l'article: Si les dimensions diffèrent de façon significative (généralement d’un facteur supérieur à 3), des
termes tels que «nanofibre» ou «nanoplaque» peuvent être préférés au terme «nanoparticule».
[SOURCE: ISO/TS 80004-2:2015, 4.4]3.7
échelle nanométrique
échelle de longueur s’étendant approximativement de 1 nm à 100 nm
Note 1 à l'article: Les propriétés qui ne constituent pas des extrapolations par rapport à des dimensions plus
grandes sont principalement manifestes dans cette échelle de longueur.[SOURCE: ISO/TS 80004-1:2015, 2.1]
3.8
matériau nanostructuré
matériau ayant une structure interne ou de surface à l’échelle nanométrique (3.7)
Note 1 à l'article: Si une ou plusieurs dimensions externes sont à l’échelle nanométrique, il est recommandé
d’utiliser le terme nano-objet (3.5).2 PROOF/ÉPREUVE © ISO 2020 – Tous droits réservés
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Note 2 à l'article: Adapté de l’ISO/TS 80004-1:2015, définition 2.7.
[SOURCE: ISO/TS 80004-4:2011, 2.11]
3.9
nanotube
nanofibre (3.3) creuse
[SOURCE: ISO/TS 80004-2:2015, 4.8]
4 Termes relatifs aux aspects généraux
4.1
nanofabrication ascendante
procédés qui utilisent de petites unités fondamentales à l’échelle nanométrique (3.7) afin de créer des
structures ou assemblages de plus grande taille riches en fonctionnalités4.2
codépôt
dépôt simultané de deux matériaux sources ou plus
Note 1 à l'article: Les méthodes courantes incluent le dépôt sous vide, le dépôt par pulvérisation thermique (8.2.16),
le dépôt électrolytique (8.2.7) et le dépôt par sédimentation.4.3
comminution
concassage ou broyage (7.5.6) afin de réduire la taille des particules
Note 1 à l'article: Le terme n’est pas exclusif à la nanofabrication.
4.4
assemblage dirigé
formation d’une structure guidée par une intervention extérieure à l’aide de composants à l’échelle
nanométrique (3.7) qui peuvent, en principe, avoir n’importe quel motif défini4.5
auto-assemblage dirigé
auto-assemblage (4.11) influencé par une intervention extérieure afin de produire une structure, une
orientation ou un motif préférentiel(le)Note 1 à l'article: Une intervention extérieure peut être, par exemple, un champ appliqué, un gabarit chimique ou
structural, un gradient chimique ou un débit fluidique.4.6
lithographie
reproduction d’un motif
Note 1 à l'article: Le motif peut être formé dans un matériau radiosensible ou par le déplacement de matériau sur
un substrat par l’un des moyens suivants: transfert, impression ou écriture directe.
4.7dépôt multi-couches
dépôt alterné de deux matériaux sources ou plus afin de produire une structure composite en couches
4.8nanoproduction
ensemble des activités visant à élaborer intentionnellement des nano-objets (3.5) ou des matériaux
nanostructurés (3.8)© ISO 2020 – Tous droits réservés PROOF/ÉPREUVE 3
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ISO 80004-8:2020(F)
4.9
nanofabrication
synthèse, génération ou contrôle intentionnels de nanomatériaux (3.4), ou étapes de production à
l’échelle nanométrique (3.7), à des fins commerciales[SOURCE: ISO/TS 80004-1:2015, 2.11]
4.10
procédés de nanofabrication
ensemble des activités visant à synthétiser, produire ou contrôler intentionnellement des nanomatériaux
(3.4), ou des étapes de fabrication à l’échelle nanométrique (3.7), à des fins commerciales
[SOURCE: ISO/TS 80004-1:2015, 2.12]4.11
auto-assemblage
action autonome par laquelle des composants s’organisent eux-mêmes sous forme de motifs ou de
structures4.12
fonctionnalisation de surface
procédé chimique qui permet de créer sur une surface une fonctionnalité chimique ou physique définie
4.13nanofabrication descendante
procédés qui permettent de créer des structures à l’échelle nanométrique (3.7) à partir d’objets
macroscopiques5 Termes relatifs à l’assemblage dirigé
5.1
assemblage par guidage électrostatique
utilisation d’une force électrostatique afin d’orienter ou introduire des éléments à l’échelle nanométrique
(3.7) dans un dispositif ou un matériau5.2
alignement fluidique
utilisation de l’écoulement d’un fluide afin d’orienter des éléments à l’échelle nanométrique (3.7) dans un
dispositif ou un matériau5.3
assemblage hiérarchique
utilisation de plusieurs types de procédés de nanofabrication (4.9) afin de contrôler la structure à
différentes échelles de longueur5.4
assemblage par guidage magnétique
utilisation d’une force magnétique pour créer un assemblage d’éléments/particules à l’échelle
nanométrique (3.7) selon un motif ou une configuration souhaité(e)5.5
assemblage par forme
utilisation des formes géométriques de nanoparticules (3.6) afin d’obtenir un motif ou une configuration
souhaité(e)5.6
assemblage supramoléculaire
utilisation d’une liaison chimique non covalente afin d’assembler des molécules ou des nanoparticules
(3.6) avec des ligands de surface4 PROOF/ÉPREUVE © ISO 2020 – Tous droits réservés
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5.7
transfert entre surfaces
transfert de nanoparticules (3.6) ou de structures depuis la surface d’un substrat, sur lequel elles ont
été déposées, synthétisées ou assemblées, vers un autre substrat6 Termes relatifs aux procédés d’auto-assemblage
6.1
cristallisation colloïdale
sédimentation de nanoparticules (3.6) à partir d’une solution contenant des nano-objets (3.5) ainsi que
leurs agrégats et agglomérats (NOAA) pour former un solide constitué d’un groupement de particules
formant un réseau de motifs répétésNote 1 à l'article: Le terme n’est pas exclusif à la nanofabrication, mais a été adapté pour s’appliquer aux procédés
de nanofabrication.6.2
grapho-épitaxie
auto-assemblage dirigé (4.5) utilisant des caractéristiques topographiques à l’échelle nanométrique (3.7)
Note 1 à l'article: Ce procédé inclut la croissance d’une couche mince sur la surface et la croissance d’une couche
supplémentaire au-dessus d’un substrat qui possède une structure identique à ou différente de celle du cristal
sous-jacent.Note 2 à l'article: Le terme n’est pas exclusif à la nanofabrication, mais a été adapté pour s’appliquer aux procédés
de nanofabrication.6.3
reconstruction de surface par faisceau d’ions
utilisation d’un faisceau d’ions accélérés afin de provoquer une modification de surface qui peut être à
l’échelle nanométrique (3.7)Note 1 à l'article: Le terme n’est pas exclusif à la nanofabrication, mais a été adapté pour s’appliquer aux procédés
de nanofabrication.6.4
formation d’un film de Langmuir-Blodgett
création d’un film au niveau d’une interface air-liquide
6.5
transfert d’un film de Langmuir-Blodgett
transfert d’un film de Langmuir-Blodgett formé au niveau d’une interface air-liquide vers une surface
solide en plongeant un substrat solide dans le liquide support6.6
dépôt couche par couche
dépôt LBL (CPC)
procédé électrostatique qui consiste à déposer, l’un au-dessus de l’autre, des polyélectrolytes de charges
opposées6.7
méthode impliquant des réactifs élémentaires modulés
utilisation de précurseurs déposés en phase vapeur avec des régions de composition contrôlée, en tant
que matrice pour former des couches imbriquées de deux structures ou plusNote 1 à l'article: Le terme n’est pas exclusif à la nanofabrication.
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6.8
formation d’une monocouche auto-assemblée
formation d’une SAM (MAM)
formation spontanée d’une couche moléculaire organisée sur une surface solide à partir d’une solution
ou de la phase vapeur, guidée par une liaison molécule-surface et une interaction intermoléculaire faible
6.9croissance de Stranski-Krastanov
mode de croissance de film mince qui commence comme une croissance Frank-van der Merwe (6.10)
bidimensionnelle, puis continue comme une croissance Volmer-Weber (6.11) tridimensionnelle
6.10croissance Frank-van der Merwe
croissance d’un film couche par couche
Note 1 à l'article: La croissance Frank-van der Merwe correspond à la situation dans laquelle les atomes d’un film
ont une liaison plus forte avec un substrat qu’entre eux. En conséquence, la croissance de la couche suivante ne
peut commencer tant que la croissance de la précédente n’est pas terminée.Note 2 à l'article: La croissance Frank-van der Merwe est un mode de croissance strictement bidimensionnel.
6.11croissance Volmer-Weber
croissance d’un film par formation d’îlots
Note 1 à l'article: La croissance Volmer-Weber correspond à la situation dans laquelle les atomes d’un film ont
une liaison plus forte entre eux qu’avec un substrat.Note 2 à l'article: La croissance Volmer-Weber (6.10) est un mode de croissance tridimensionnel.
7 Termes relatifs à la synthèse7.1 Procédés en phase gazeuse — Méthodes physiques
7.1.1
pulvérisation dynamique par gaz froid
procédé dans lequel des poudres cristallines à l’échelle nanométrique (3.7) ou des poudres
conventionnelles sont fluidisées, puis consolidées sur un revêtement de surface dans un gaz inerte à
grande vitesseNote 1 à l'article: Le terme n’est pas exclusif à la nanofabrication, mais a été adapté pour s’appliquer aux procédés
de nanofabrication.7.1.2
dépôt par électro-étincelles
procédé de microsoudage à l’arc pulsé utilisant des impulsions électriques de haute intensité et de
courte durée pour déposer un matériau d’électrode sur un substrat7.1.3
évaporation par faisceau d’électrons
procédé dans lequel un matériau est vaporisé par irradiation d’électrons à haute énergie dans des
conditions de vide poussé ou d’ultravide en vue d’un dépôt ultérieur sur un substrat
7.1.4explosion électrique d’un fil
formation de nanoparticules (3.6) par application d’une impulsion électrique de densité de courant
élevée à un fil, entraîn...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.