Des couches minces obéissantes

Pas d’électronique sans couches minces. C’est aussi simple que ça. Les couches minces sont les briques de base des composants électroniques. « Elles font typiquement entre 100 et 500 nanomètres d’épaisseur (mille fois moins épais qu’un cheveu !), sur un substrat (un support) qui fait de 100 à 500 microns environ », explique Maryline Guilloux-Viry. C’est aujourd’hui un des trois axes de progrès des télécoms avec ceux de l’électronique et de l’informatique. Et une des thématiques de recherche de l’équipe Chimie du solide et matériaux dirigée par Maryline Guilloux-Viry au sein de l’UMR-CNRS Sciences chimiques de Rennes(1).

« Nous cherchons à construire des couches minces offrant de nouvelles possibilités aux applications développées pour les télécoms. » Comme dans le projet régional Discotec, lancé en 2007 et qui doit s’achever courant 2011. L’équipe rennaise y travaille en collaboration avec les électroniciens brestois du Lab-Sticc(2) et ceux de l’IETR(3) à Rennes.

Composants modifiables à la demande

« L’idée était de fabriquer des couches minces dont la permittivité diélectrique (la capacité à stocker des charges électriques) soit modifiable à la demande, ce qui revient à modifier le composant électronique de l’extérieur. » Plus besoin de remplacer un composant pour faire évoluer un téléphone mobile, par exemple.

Les chimistes ont créé ces matériaux en associant potassium, tantale, niobium et oxygène. « Nous obtenons des oxydes métalliques, appelés niobates ou tantalates selon leur composition. Mais nous cherchons aussi à contrôler la structure des matériaux, en changeant les paramètres de température, de pression, ou l’énergie du laser lors du dépôt. »

La principale méthode utilisée par les chercheurs pour le dépôt des couches minces est l’ablation laser : « Sous atmosphère contrôlée, on “évapore” le matériau à l’aide d’un laser pour qu’il forme un nuage de particules et qu’une fine pellicule se dépose sur le substrat. » Mais les scientifiques ont aussi développé parallèlement une méthode de dépôt en solution. « Elle donne globalement un résultat équivalent mais elle est plus facilement transférable à l’industrie. Nous travaillons pour fournir aux électroniciens de nouveaux matériaux aux propriétés contrôlées, mais nous devons aussi porter une attention particulière à une méthode de fabrication compatible avec des procédés industriels. »

Un dopage inattendu

Avec les nouveaux matériaux, il y a souvent des bonnes et des mauvaises surprises. « Une des découvertes intéressantes que nous avons faites dans le cadre de Discotec, est que certaines couches minces réagissaient avec leur substrat et que cette diffusion chimique dopait le matériau en modifiant certaines caractéristiques. Nous avons pu reproduire ce phénomène pour améliorer les propriétés des couches minces. »

Parfois, au contraire, substrat et couches minces ne font pas bon ménage. Pas question pour autant de restreindre la liste des substrats. « Nous avons eu le cas avec le silicium. Nous avons dû créer une couche tampon entre lui et la couche mince. Nous sommes là au cœur de notre compétence : c’est parce que nous comprenons le matériau en profondeur que nous pouvons proposer des solutions innovantes aux électroniciens. »