Présentation

Cette action a pour objectif principal de développer les concepts technologiques et les procédés de fabrication porteurs d'innovations pour les composants de la micro- et opto-électronique. En collaboration étroite avec différents industriels du secteur (Alcatel-OPTO+, Picogiga, Thalès, ST Microelectronics) il s'agit également d'identifier et de prendre en compte à un stade très précoce les verrous technologiques et de contribuer à les lever. Il incombe à cette action d'assurer la pérénité des savoir-faire développés et de fournir un encadrement technologique aux autres actions menées dans l'équipe. Enfin cette action maintient un niveau élevé de collaborations internes (échanges et services) avec les autres actions du laboratoire travaillant en relation avec ce thème.

Activités

MHBT InGaAs/InP ultrarapides

Les développements technologiques liés aux procédés de fabrication des MHBT sur InP ont pour objectif principal d'y réduire les effets parasites. A titre d'exemple, voici quelques étapes de ce dévelopement :

• Réduction de l'épaisseur de base. Dans la technologie MHBT la base extrinsèque forme un surplomb d'environ 1.5 à 2 µm. La tenue mécanique de ce surplomb dans le cas des transistors rapides (épaisseur < 30 nm), a été possible par le développement d'une technique « d'encapsulation » qui consiste à placer sous la base extrinsèque un matériau organique de maintient, par exemple une résine photo-sensible.
• Réduction de la distance contact de base - zone active. Le contact de base d'un transistor bipolaire contribue à la fois à la résistance d'accès à la base et à la recombinaison des électrons minoritaires dans la base extrinsèque. La position du contact de base par rapport à la zone active joue donc un rôle particulièrement important dans la fabrication des transistors bipolaires de petite dimension. La maîtrise des sous-gravures du collecteur métallique (ici en tungstène) et de la couche de transition base-collecteur (ici en InGaAs) acquise dans le procédé de fabrication des MHBT, a permis le contrôle du positionnement du contact de base à une distance de 0.1 µm de la zone active, assurant ainsi un excellent compromis entre faible résistance d'accès à la base et gain en courant élevé.
• Réduction de la résistance série d'émetteur. Dans la technologie MHBT la résistance d'accès à l'émetteur est maintenue à une faible valeur par un auto-alignement du contact d'émetteur sur la surplomb de la base. Cette technique nécessite une épaisseur minimale de métallisation mais celle-ci est limitée par le risque de court-circuit émetteur-base. Une nouvelle conception des couches épitaxiées de l'émetteur a permis, en repoussant ce compromis vers les épaisseurs plus grandes, une réduction significative de la résistance d'acccès à l'émetteur.

Une amélioration du rendement de production de ces transistors a également été possible par le développement d'une nouvelle technique de réalisation des ponts à air. Le plus grand nombre de dispositifs performants en état de marche sur l'échantillon a permis un étude statistique sur différentes géométries de transistors. L'ensemble de ces développements a permis la réalisation de TBH InP/InGaAs à l'état de l'art (juin 2001) en terme de rapidité (f_T = f_max = 275 GHz). D'autre part la maîtrise des gradients d'épaisseur des couches épitaxiées en mode « normal » a permis, associée à celle des épaisseurs gravées, l'étude fine des conditions du transport électronique dans ces hétérostructures (Cf. Activité MHBT).

MHBT entouré de ses connexions "pont à air".

TBH GaAsSb / InP et InGaAsNSb / GaAs

Des campagnes d'essais ont été menées afin de trouver les réactifs et les proportions les plus adéquats pour la gravure des matériaux nouveaux tels que les alliages de la famille GaInAsN sur GaAs et GaAsSb sur InP. Des vitesses de gravures assez lentes ont pu être obtenues dans les deux cas. Elles permettent ainsi de graver de façon reproductible ces couches minces (par exemple une base de TBH de 30 nm d'épaisseur) sans attaquer trop les matériaux qui les entourent. Des essais complémentaires ont été entrepris pour déterminer la composition d'une solution chimique présentant au moins dans un sens une sélectivité avec les matériaux d'émetteur et de collecteur. Suite à ces développements, la fabrication de TBH à base de GaAsSb et de GaInAsN a pu être menée à bien (Cf. Activité MHBT).

Collage/report et développement technologie MHBT reporté

Les performances, tant fréquentielles que de tenue en tension, établies avec les transistors à base de composés III-V, en particulier avec les TBH InP, montrent une complémentarité intéressante avec les capacités des circuits silicium. Dans ce cadre il est apparu intéressant d'explorer, en collaboration avec ST Microelectronics à Crolles, les possibilités offertes par le report de TBH InP hyperfréquence sur substrat de silicium.

Développement techno TBH de Puissance

Le report de TBH InP sur substrat hôte permet de redéfinir les conditions de thermalisation des transistors. Dans ce cadre nous développons, en collaboration avec Thalès, une technologie de TBH InP reportés pour des applications hyperfréquence de puissance (typiquement 3 W à 50 GHz).

Photodétecteurs ultrarapides et sensibles

La réalisation de photodétecteurs ultrarapides et très sensibles basés sur l'excitation de résonnances plasmoniques au voisinage d'électrodes nanostructurées (Cf.Nanostructures métalliques pour la photonique), nécessite une maîtrise à l'échelle nanométrique de la technologie utilisée. Depuis l'épitaxie des hétérostructures AlGaAs/GaAs (réalisées au laboratoire par le groupe Elphyse), les étapes suivantes ont été successivement optimisées :

• Insolation électronique du masque de PMMA (réseau de traits de 100 nm espacés de 100 nm) présentant des effets de proximités réduits de façon à assurer un réseau de fils parallèles et de largeur constante.
• Gravure anisotrope puis sous gravure du Si₃N₄ servant de masque. L'étape de gravure doit être extrêmement anisotrope de façon à définir des murs verticaux. A l'opposé l'étape de sous-gravure doit être très isotrope et contrôlée à l'échelle du nanomètre de façon à assurer à la fois le succès du lift-off et la présence des fils sur toute leur longueur.
• Gravure sèche (RIE chlorée) anisotrope sélective du GaAs sur GaAlAs. La sélectivité est obtenue par l'introduction d'oxygène dans le bâti de gravure qui, par oxydation de la couche d'AlGaAs, assure un arrêt de la gravure à l'interface GaAs/AlGaAs.
• Préparation des surfaces, dépôt métallique (Ti/Au) par évaporation et lift-off par gravure chimique sélective du Si₃N₄ constituant la superstructure formée au cours des trois étapes précédentes.

Après l'ajout d'un niveau de contacts de sortie, les détecteurs ont démontrés d'excellentes performances. (Cf.Nanostructures métalliques pour la photonique)

Photodétecteur interdigité, pas = 200 nm

Les performances des photodétecteurs ultrarapides et sensibles planaires (sans gravure) qui ont été réalisés jusqu'à présent ont été limitées par la présence à l'interface métal-semiconducteur d'une couche métallique d'accrochage (Ti ou Cr) permettant la réalisation par lift-off de lignes étroites (<100 nm) d'or ou d'argent. La suppression de cette couche d'accrochage permettrait de réduire considérablement l'absorption dans le métal et d'obtenir des rendements quatre à cinq fois plus élevés que ceux mesurés jusqu'à présent. D'une manière plus générale, la réalisation de lignes nanométriques présentant des interfaces or ou argent avec le semiconducteur est le passage obligé à l'utilisation des nanostructures métalliques pour la photonique. Dans ce but nous étudierons plusieurs procédés de fabrication sur GaAs de lignes d'environ 100 nm de large constituées d'or ou d'argent pur. Ce développement passe par une étude détaillée des liaisons chimiques à l'interface métal/semiconducteur. Il se fera en collaboration avec des équipes de chimistes, en particulier celle du Prof. Schmid à l'Université d'Essen (Allemagne).

Photodétecteur interdigité à simple lift-off, lignes de 100 nm

Transferts de savoir-faire

Les savoir-faire que nous avons accumulés au cours des différents développements technologiques que nous avons développés depuis maintenant plus de dix ans, constituent une solide base pour les futurs développements internes à l'équipe mais aussi pour les collaborations et services que nous menons tant en interne qu'en externe au laboratoire.

Partenaires

• Roland Teissier (CEM2 - Université Montpellier II)
• Francis Mollot (IEMN, Villeneuve d'Ascq)
• Picogiga, Villejust
• Services technologiques Alcatel-Opto+, Marcoussis
• Thalès, Orsay
• G. Schmid et O. Vidoni (Institut fûr Anorganische Chemie, Université d'Essen, Allemagne)

Membres

Contacts

Bardou Nathalie	(+33) 1 69 63 61 43
Dupuis Christophe	(+33) 1 69 63 61 42
Pelouard Jean-Luc	(+33) 1 69 63 61 47

Et aussi...

Vincent Gregory	(+33) 1 69 63 61 58
Collin Stephane	(+33) 1 69 63 61 45
Gierak Jacques	(+33) 1 69 63 60 75
Lemaitre Aristide	(+33) 1 69 63 60 72

Brevets

• Procédé de réalisation d'un transistor bipolaire à hétérojonction, M. Lijadi, C. Dupuis, F. Pardo, P. Bove, J.-L. Pelouard, FR 0507605, (2005-07-18)
  

Publications

• Large-area dielectric and metallic free-standing gratings for mid-infrared optical filtering applications , G. Vincent, S. Collin, N. Bardou, J.-L. Pelouard, R. Haïdar, J. Vac. Sci. Technol. B 26, 1852 (2008)
• Etching selectivity and surface roughness studies of Citric Acid/Hydrogen Peroxide on InGaAlAs/GaAsSb system , M. Lijadi, C. David, J.-L. Pelouard, Electrochem. Solid-State Lett. 8, C189 (2005)
• Floating contact transmission line modeling: An improved method for ohmic contact resistance measurement , M. Lijadi, F. Pardo, N. Bardou, J.-L. Pelouard, Solid-State Electron. 49, 1655 (2005)
• Spherically bent analyzers for resonant inelastic X-ray scattering with intrinsic resolution below 200 meV. Softer X-rays in structural studies , E. Collart, A. Shukla, F. Gelebart, M. Morand, C. Malgrange, N. Bardou, A. Madouri, J.-L. Pelouard, J. Synchrotron Radiation 12, 473 (2005)
• Efficient light absorption in metal-semiconductor-metal nanostructures , S. Collin, F. Pardo, R. Teissier, J.-L. Pelouard, Appl. Phys. Lett. 85, 194 (2004)
• Self-Assembly of Gold Nanoclusters on Molecular GaAs , O. Vidoni, S. Neumeier, N. Bardou, J.-L. Pelouard, G. Schmid, J. Clus. Sci. 14, 325 (2003)
• Anomalous Thermal Redistribution of beryllium implanted in InGaAs: A possible interaction with extended defects , M. Ihaddadene, J. Marco, M. Iddrissi-Benzohra, K. Ketata, S. Demichel, J. Flicstein, J.-L. Pelouard, M. Ketata, Comput. Mat. Sci. 24, 257 (2002)

Stages passés et en cours

Post-doctorat

• Développement de briques technologiques (gravure ICP, contacts ohmiques) sur GaN et ses alliages.

G. Dagher-(En cours depuis 2009-01-01)
Contact : J.-L. Pelouard
Groupe : Physique des Dispositifs (PHYDIS)
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• NanoTBH

M. Lijadi-(2005-11-01 / 2006-10-31)
Contact :
Groupe : Physique des Dispositifs (PHYDIS)
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Thèse

• Propagation de plasmons de surface le long de nanostructures métalliques

C. Billaudeau-(2004-10-01 / 2007-09-30)
Contact : J.-L. Pelouard , S. Collin
Groupe : Physique des Dispositifs (PHYDIS)
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Thèse de doctorat de l'Université Paris XI


• TBH InP/GaAsSb/InP pour la puissance et l'hyperfréquence

H. Elfatimi-(2003-10-01 / 2006-10-01)
Contact : J.-L. Pelouard
Groupe : Physique des Dispositifs (PHYDIS)
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Thèse de doctorat de l'Université de Limoges


• Transistor bipolaire à héterojonction à base de composés III-V reportés sur silicium

J. Dion-(2002-10-01 / 2005-10-01)
Contact : J.-L. Pelouard
Groupe : Physique des Dispositifs (PHYDIS)
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Thèse de doctorat de l'Université Paris XI


• Réalisation et caractérisation de transistors bipolaires à héterojonction ultra-rapides dans le système InP/GaAsSb

M. Lijadi-(2001-10-01 / 2005-05-01)
Contact : J.-L. Pelouard
Groupe : Physique des Dispositifs (PHYDIS)
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Thèse de doctorat de l'Université Paris VI

Stage

• Étude nanoscopique de la liaison anodique

Niveau : Master2
Contact : J.-L. Pelouard
Groupe : Physique des Dispositifs (PHYDIS)
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L'intégration hétérogène de dispositifs provenant de substrats de natures différentes permet d'associer dans un même circuit des composants présentant des propriétés complémentaires telles que rapidité, puissance et haute densité d'intégration. Transférer des empilements de couches semi-conductrices d'un substrat à un autre en assurant un environnement (mécanique, électrique, thermique...) adapté est un des point-clefs de cette stratégie. Plusieurs méthodes existent pour réaliser ces reports. Celle retenue ici consiste à lier un substrat diélectrique à un substrat de type métallique (p.ex. wafer de silicium) par la création de liaisons à l'interface sous l'action simultanée d'un chauffage et d'un champ électrique. Ce stage, qui aura lieu conjointement à l'IMPMC et au laboratoire de photonique et de nanostructures (LPN) à Marcoussis, consistera à optimiser dans le système métal-pyrex (verre contenant des oxydes de métaux alcalins), les différents paramètres pour réaliser cette liaison. Le but final, qui pourra être poursuivi dans une thèse à l'institut de minéralogie et de la physique des milieux condensés (IMPMC) et au LPN, est l'étude fondamentale de la liaison au niveau nanoscopique pour étendre ce type de report à d'autres systèmes diélectrique-métal mieux adaptés aux circuits de la micro-électronique. L'étudiant devra acquérir la maîtrise de techniques de nano-fabrication en salle blanche et éventuellement de microscopie électronique en particulier l'analyse par spectroscopie de perte d'énergie d'électrons.


• Photolithographie

H. Chereff-(2003-04-14 / 2003-06-25)
Niveau : DUT
Contact : N. Bardou
Groupe : Physique des Dispositifs (PHYDIS)
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Stage de DUT