Après trois ans de recherche, le projet Dionysos, appelé à l’issue du projet WOW (wafer-on-wafer), a donné lieu à une journée de présentation des résultats par le département Composants MicroSystèmes de l’IPV et le département Temps – fréquence de FEMTO-ST, jeudi 6 octobre dernier, devant les partenaires industriels et financiers. Ces résultats contribueront au développement de nouveaux matériaux composites piézoélectriques pour les composants microélectroniques du futur.
Assembler des wafers et ensuite les amincir pour aboutir à un nouveau matériau aux propriétés résultant d’une combinaison judicieuse des qualités des wafers initiaux, tel est l’ambitieux objectif auquel sont parvenus l’Institut de recherche FEMTO-ST et l’Institut Pierre Vernier grâce à des travaux conjoints menés dans le cadre du projet Dionysos.
Que sont ces wafers ? Étymologiquement des « galettes », mais des galettes de cristaux bien connus des équipes de recherche du département Temps-fréquence de FEMTO-ST. Ces cristaux sont notamment convoités pour exploiter leurs propriétés piézoélectriques, indispensables par exemple pour l’excitation des résonances mécaniques des fameux quartz bisontins. Hormis le quartz, bien d’autres cristaux piézélectriques sont de nos jours disponibles industriellement et élargissent considérablement les applications liées au domaine du Temps-fréquence. Les deux destinations phares sont les filtres pour communications radiofréquence et les capteurs.
Les composants utilisant les ondes acoustiques de surface (SAW pour Surface Acoustic Waves) sont de nos jours incontournables pour la réalisation des filtres radiofréquence miniatures qui entrent dans nos téléphones portables ou les stations de base des réseaux wireless. Grâce à la magie de la physique des ondes acoustiques dans des volumes de quelques mm3, ces filtres font preuve de performances équivalentes, voire supérieures à celles des conceptions électroniques traditionnelles (circuits en échelle de capacités et inductances), ceci avec un très haut degré d’industrialisation à bas coût. L’exemple type de ces cristaux est le niobate de lithium (LiNbO3), synthétisé artificiellement depuis plusieurs décennies.
Les développements des dernières générations de composants pour le filtrage des porteuses RF des standards modernes de nos portables ont atteint les limites de performances intrinsèques de ces cristaux. Les nouvelles exigences de filtrages imposent la mise au point d’autres matériaux. L’assemblage vertical de deux ou plusieurs cristaux de natures différentes crée de nouvelles propriétés résultant de compromis entre leurs qualités d’origine. Ces nouveaux matériaux artificiels peuvent ainsi répondre à certaines des évolutions demandées par le marché.
Ces exemples d’extension d’applications dans le cadre de la piézoélectricité sont aussi exportables vers d’autres domaines comme l’optique intégrée. Il semble également possible d’aborder le monde des MEMS au travers d’assemblages sur silicium permettant de profiter ensuite des techniques de structuration par lithophotographie et gravure collective, bien maîtrisées au sein de la centrale MIMENTO. Des débouchés à grande série sont aussi imaginables à partir de la ligne de microfabrication automatisée qui peut devenir, avec certaines adaptations, un outil de production spécifiquement adapté à cette filière.
