PME française dont l’usine implantée à Bezons (Val d’Oise) ne compte qu’une centaine de personnes, Riber figure pourtant parmi les géants mondiaux de l’épitaxie par jet moléculaire, ou MBE. « Nous avons plus de 50% de parts de marché », souligne la PDG Annie Geoffroy ce mardi 19 novembre 2024, année marquant le 60e anniversaire de l’entreprise.
Dans l’atelier à proximité sont assemblées une vingtaine de machines par an, qui partent ensuite vers des laboratoires publics/privés et des fonderies en Europe, en Amérique du nord et en Asie.
Impliquant un réacteur chauffant à haute température où règne un vide très poussé (équivalent au vide spatial), le procédé MBE, intervenant en amont dans la chaîne de valeur du semi-conducteur, permet de sublimer des matériaux ultra-purs (silicium, composés III-V ou II-VI… ) et d'empiler des couches d’épaisseur monoatomique sur un substrat.
En résultent des nanostructures aux propriétés intéressantes pour les télécoms (lasers…), l’imagerie pour la défense et le spatiale (capteurs infrarouges…) ou encore l’affichage (Leds organiques…).
Rosie pour des modulateurs en titanate de baryum
Voici de quoi totaliser un chiffre d’affaire de 40 millions par an en 2023. Mais ces applications demeurent une niche dans l’industrie du semi-conducteur, ce qui incite Riber à se positionner sur de nouveaux relais de croissance : la photonique sur silicium pour les datacoms/télécoms et les matériaux pour le calcul quantique.
La photonique sur silicium consiste à employer les techniques de fabrication de la microélectronique pour produire des composants photoniques miniatures, tels des lasers et des détecteurs. Elle s’installe doucement dans les datacenters pour assurer des communications plus rapides, moins chères et surtout plus frugales, la consommation énergétique devenant préoccupante à cause de l’envolée de l’IA.
Responsable produit et système MBE à Riber, Claudine Payen met l’accent sur les transceivers, (émetteurs-récepteurs), des modules optiques qui pullulent dans les datacenters, et plus particulièrement sur les modulateurs électro-optiques intégrés, qui modulent la lumière pour encoder l’information.
« Le titanate de baryum (BaTiO3) offre aujourd’hui de meilleures performances pour la modulation que le silicium ou le niobate de lithium, et la MBE est la meilleure technique pour le déposer sur un substrat silicium », affirme-t-elle. Elle désigne un tableau comparant les caractéristiques de la MBE avec celles de procédés concurrents, comme le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) ou le dépôt de couches minces atomiques (ALD).
La machine capable de déposer cet oxyde fonctionnel, le ticket d’entrée de Riber dans les grandes fonderies silicium, est issue du projet Rosie (Riber oxide silicon epitaxie).
Gafam et qubits topologiques
Un premier exemplaire sera expédié en 2025 à « un grand laboratoire européen », commente vaguement Annie Geoffroy. La preuve de concept avait été apportée dès 2019 au terme d’une collaboration avec l’imec, le grand organisme de recherche sur les semi-conducteurs en Belgique.
Les matériaux quantiques sont l’autre filière émergente dans laquelle Riber souhaite s’inviter. Fruit du laboratoire commun Epicentre monté en 2021 avec le laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes (Laas) à Toulouse, une première plateforme automatisée est en cours de développement.
Dans une même enceinte sous ultra vide, elle servira à déposer à froid (-150°C) un matériau supraconducteur sur un isolant topologique, lequel adopte un comportement métallique en surface, et isolant en son cœur. Ainsi peut-on fabriquer des qubits topologiques.
Un Gafam – autrement dit un géant du numérique – aurait manifesté son intérêt pour cette plateforme d’épitaxie. On devine qu’il s’agit de Microsoft, qui développe (difficilement) des qubits de ce type, précisément des fermions de Majorana, intrinsèquement plus résistants aux erreurs affectant leur cohérence.
Une seconde plateforme permettra de raccorder d’un côté, la croissance ultra-pure d’isolants topologiques, de l’autre le dépôt d’oxydes sur des matériaux supraconducteurs, en vue d’obtenir une couche de protection. Là encore, des Gafams lui porteraient de l’attention.
Contrôle in situ et hybridation, deux clés pour améliorer la MBE
En complément de la photonique sur silicium et des matériaux quantiques, Riber met en oeuvre un troisième programme stratégique, on ne peut plus logique dira-t-on : le renforcement de son procédé MBE.
Pour ce faire, la première voie empruntée est celle du contrôle in situ de la croissance des matériaux grâce à la mesure, au cours du processus, de nombreuses caractéristiques physiques : planéité, concentration, épaisseur, rugosité, etc.
L’idée est d’automatiser le contrôle-qualité et de corriger dès que possible toute anomalie. Selon Claudine Payen, rapportant une demande des clients, la quantité de données collectées pourrait servir à entraîner un modèle d’IA qui vérifierait la conformité des structures atomiques.
Pour le moment, deux instruments sur les six prévus sont en cours d’intégration sur les machines de Riber, dont EZ-Curve pour contrôler entre autres la planéité des dépôts.
La sonde EZ-Curve fixée à une machine Compact 21 de Riber.
La seconde approche est celle de l’hybridation. La MBE a en effet l’inconvénient d’être très lente, alors que certaines étapes de la croissance des nanostructures pourraient tolérer des vitesses plus élevées.
Riber développe donc des interfaces mécaniques acceptant des dispositifs qui utilisent des techniques complémentaires plus rapides. La PME fait mention du dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (RPCVD) et de la pulvérisation (sputtering).
