Qu'est-ce qu'un substrat?
Un substrat est un matériau ou une couche de matériau sous-jacent sur lequel d'autres matériaux ou processus sont réalisés. Cela peut concerner n'importe quoi, des surfaces de sous-sol en agriculture sur lesquelles les plantes sont cultivées aux couches de semi-conducteur de silicium utilisé comme base pour la construction de circuits électriques, ainsi que de cellules ou d'autres supports biologiques sur lesquels les enzymes agissent. Le terme substrat est souvent utilisé dans la fabrication de médicaments et de puces électroniques, mais il est également commun à la géologie et à d'autres processus naturels.
Le substrat de silicium est sans aucun doute l’une des structures synthétiques les plus complexes fabriquées à l’échelle micrométrique et nanométrique. Les conceptions de micropuces et de cellules solaires utilisent plusieurs couches horizontales, une micropuce typique comportant, à partir de 2011, plusieurs substrats fonctionnels ou fondations des couches situées au-dessus de ceux-ci. Le matériau semi-conducteur commence par une couche de dispositif de transistors, qui est surmontée d'une couche d'interconnexion à une couche de dispositif située au-dessus de celui-ci. Entre ces sections, des couches de substrat d'isolation et de métallisation sont ajoutées, ainsi que des couches de liaison pour maintenir la structure entière ensemble et fonctionnelle. La recherche sur des couches horizontales et verticales interconnectées, permettant de créer une micropuce tridimensionnelle en forme de cube, constitue la prochaine étape dans l’augmentation de la vitesse de la mémoire et du traitement.
Contrairement à la fabrication de circuits, un substrat enzymatique est déjà une forme tridimensionnelle naturelle. Les enzymes sont des molécules de protéines qui agissent comme catalyseurs en biochimie. La nicotinamide adénine dinucléotide (NADH) est un exemple de coenzyme de la vitamine B3, qui se fixe sur un substrat cellulaire du corps humain. Le site du substrat actif où il se lie est ensuite modifié par l'enzyme et cette partie du substrat est libérée sous forme de produit de la réaction. Étant donné que l'enzyme elle-même n'est pas modifiée au cours du processus, elle se déplace ensuite vers d'autres régions pour continuer à permettre des réactions essentielles, telles que la respiration cellulaire et la production d'énergie dans le corps.
Les processus géologiques font souvent référence aux substrats comme méthode de détermination de l'âge et de la composition de la croûte terrestre. Les couches inférieures de dépôts rocheux, souvent appelées strates, sont considérées comme plus anciennes et contiennent souvent des exemples précoces fossilisés de la vie sur Terre, si elles ont été déposées horizontalement et non retournées par les effets du climat. Des recherches similaires menées en examinant des couches profondes de calottes glaciaires en Antarctique sont utilisées pour déterminer la composition de l'atmosphère dans un passé lointain à travers les gaz piégés dans les substrats de glace, ainsi que les périodes glaciaires de l'histoire du climat de la Terre. Des processus connexes sont utilisés pour analyser les 15 premiers centimètres (6 pouces) des substrats du sol afin de déterminer les éléments nutritifs, la rétention d'eau, l'air piégé, etc. afin de déterminer la fertilité du sol pour une croissance optimale de la culture.