Une machine dont les hublots rappellent le sous-marin de 20 000 lieues sous les mers et qui occupe à elle seule presque toute la largeur d’une des salles blanches du III-V Lab, à Paris-Saclay (Essonne). À l’intérieur, un réacteur accueille des plaques de silicium. Une fois refermé, des tuyaux d’arrivée de gaz génèrent un flux à la surface de la plaque qui, petit à petit, permet d’empiler des couches successives de matériaux III-V sur la plaquette de silicium.
Des composants prisés pour leur capacité à générer de la lumière
Cette machine d'épitaxie par jet moléculaire est l'une des huit machines d'épitaxie (ou croissance de couches atomes par atomes) que compte actuellement le III-V Lab. Ce groupement d’intérêt économique a été fondé en 2004 par Nokia et Thales, rejoints en 2011 par le CEA pour travailler sur les semi-conducteurs III-V – désignés ainsi en raison de leur appartenance aux colonnes III et V du tableau périodique de Mendeleïev.
Des semi-conducteurs aux propriétés particulières, notamment leur capacité à générer de la lumière, ou à transporter des signaux électroniques à très grande vitesse. Ils sont utilisés dans les capteurs pour détecter de la lumière en raison de leur grande sensibilité à la lumière infrarouge. Mais aussi dans la micro-électronique pour les transistors de puissance, essentiels aux véhicules électriques. Avec des applications dans la défense et la sécurité pour les radars et les lasers de puissance, ou les amplificateurs larges bandes. «Aujourd’hui tous les systèmes d’optique comme les lasers sont basés sur des semi-conducteurs III-V», précise Jean-Luc Beylat, président de Nokia Bell Labs France.
Travailler sur des galettes de 300 mm
L'un des défis sur lequel travaillent les quelque 120 chercheurs du III-V Lab en région parisienne, en collaboration avec ceux du CEA-Leti à Grenoble? L'amélioration constante de l'intégration de ces composants III-V sur silicium (Si), dans le but d'augmenter les performances et la miniaturisation tout en réduisant les coûts.
Dans cette optique, la toute dernière acquisition du III-V Lab, est une machine d’épitaxie par dépôt chimique qui permet de travailler sur des galettes de silicium de 300 mm, les plus répandus aujourd'hui dans l'industrie, contre 100 mm environ sur les machines de la précédente génération. Autre innovation : au-dessus du réacteur, des instruments de mesure permettent de réaliser des contrôles en temps réel des épaisseurs déposées.
«Le processus commence par l’épitaxie, c’est-à-dire le dépôt de couches de matériaux III-V. Ces matériaux, qui n’existent pas à l’état naturel, sont particulièrement difficiles à intégrer sur le silicium. C’est pourquoi nous avons recours à des machines capables de souder dans des conditions de chaleur extrême afin de créer des connexions atomiques. Nous arrivons aujourd'hui à intégrer le composant III-V sur le silicium», assure Myriam Oudart, directrice de communication du III-V Lab.
Des innovations qui pourraient bénéficier de subventions dans le cadre du futur Chips Act
Les innovations développées au III-V Lab ont fait l’objet de transferts technologiques vers Lynred en 2012 pour certaines technologies infrarouges, et vers United Monolithic Semiconductors pour les briques technologiques en microélectronique. Actuellement doté d’un budget annuel de 25 millions, supporté équitablement par les trois partenaires, le III-V Lab est en cours de discussion avec les autorités européennes. L'objectif : bénéficier de financements complémentaires dans le cadre d'un Chips Act européen II, révèle Jean-Luc Beylat.
