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Composants & Circuits

Technologie Circuits

Présentation :

Le Centre de Technologie Circuits d’XLIM regroupe un ensemble de moyens technologiques pour le développement des Micro et Nano Technologies comme les MEMS RFMOEMS, les matériaux polymères pour les applications optoélectronique plastiques et les matériaux innovants oxydés. Il représente un des principaux supports technologiques de projets de recherche du laboratoire et regroupe des chercheurs, enseignants chercheurs, ingénieurs, techniciens et doctorants. Les applications visées correspondent au domaine des microondes, de l’optique et de la biologie.

Moyens et équipements technologiques

Développement de procédés technologiques pour le prototypage de composants micro et nano usinés

I/ Moyens et équipements technologiques

La mise en œuvre de ces procédés s’effectue dans une salle blanche de 180 m² (répartis en deux salles classées ISO) intégrant des équipements nécessaires au prototypage et la fabrication de composants microélectroniques en privilégiant les substrats céramiques et oxydes.

Vue globale salle ISO7

Salle ISO7 (classe 10000) de 120 m²

Dans cette salle sont disposés des équipements utilisés pour le dépôt de matériaux en films minces (de quelques nanomètres à quelques micromètres d’épaisseurs). Les diverses techniques de dépôts (par évaporation, pulvérisation assistée ou par ablation laser) opèrent sous basses et très basses pressions afin d'obtenir des dépôts de qualité. Le centre de Micro et Nano Technologies dispose donc des équipements suivants :

  • Une pulvérisation cathodique assistée DC (PLASSYS MP 300) dédiée aux dépôts métalliques (Mo, Al, Ti, Cu) et matériaux nitrurés (AlN),

Bâti de pulvérisation cathodique assistée DC MP 300

  • Un évaporateur à effet joule (Méca 2000) dédié aux dépôts métalliques (Cr, Au, Ti, Al, SiCr, Cu),

Evaporateur à effet joule Méca 2000

  • Un bâti combinant évaporateur thermique/pulvérisation cathodique DC (PLASSYS MEPS 300) dédié aux dépôt metallique (Cr, Ti, Au/Pd),

Evaporateur thermique/pulvérisation cathodique DC MEPS 300

  • Un bâti d’ablation laser (Méca 2000) utilisant un laser à excimère (Compex Pro 110 KrF Lambda Physik) pour le développement des couches minces de matériaux exotiques (Al, Ag, Al2O3, C, Ni, Ru) en y associant dépôt multi-couches et dopages. Ce procédé de dépôt a été développé en réunissant les compétences et le savoir-faire entre le laboratoire XLIM et le laboratoire SPCTS (http://www.unilim.fr/spcts)

                    

Bâti d’ablation laser Méca 2000 (PLD : Pulsed Laser Deposition) et panache d'ablation d'une cible de nickel

  • Un bâti canon à électrons (PLASSYS MEB 300) dédié aux dépôts métalliques (Cr, Au, Ti, Al, Cu),

Canon à électrons PLASSYS MEB 300

  • Un bâti d’évaporation à canons à électrons (PLASSYS MEB 500) dédié au développement de matériaux innovants à transition de phase comme le dioxyde de vanadium (VO2). Une technologie à 3 canons est utilisée permettant de réaliser des dépôts de matériaux composites et multi-couches.

Canons à électrons PLASSYS MEB 500

Le centre dispose d’autres équipements répartis dans cette salle. Notamment :

  • Un MEB NéoScope JEOL pour l’observation et la caractérisation des composants par microscopie électronique,

Microscope Electronique à Balayage

  • Une scie DAD3220 DISCO à découpe auto et semi-automatique de puces sur des wafer de taille 5 pouces maximum,

Scie à découpe DAD3220 DISCO

  • Un sécheur super critique à CO2 de structures et composants micromécaniques,
  • Un poste de montage de circuits permettant le collage, le soudage et l’assemblage,
  • Un poste KS4526 pour la connectique par wire bounding

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Salle ISO5 (classe 100) de 60 m²

Les techniques utilisées dans cette salle regroupent la micro fabrication par technique usuelle de photolithographie UV et de micro usinage de surface ou de volume par voie chimique. Plusieurs équipements spécifiques sont disponibles dont :

  • Deux aligneurs de masques KARL SUSS MJB3 et MJB4 permettant de travailler avec des wafers de 5 pouces,

Aligneur de masques KARL SUSS MJB4

  • Trois spiners Karl SUSS RC8 / Spin Coater 150 de résines photo et non photosensibles,

Spiners de résines

  • Un délaqueur à plasma d’oxygène,

Délaqueur à plasma d’oxygène

  • Un poste sous hotte aspirante ASEM Fume Cabinets EN 14175 pour le développement des résines, pour la gravure chimique humide avec des acides et des bases, pour l’utilisation de solvants (Acétone, IPA, éthanol, NMP),

Hottes aspirantes pour les étapes chimiques ASEM Fume Cabinets EN 14175

 

  • Un poste sous hotte aspirante pour la recharge électrolytique (Au, Au/Ni) ainsi que pour la métallisation cuivre 3D par ELECTROLESS,

Banc d'électrolyse

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II/ Développement de procédés technologiques pour le prototypage de composants micro et nano usinés.

L’objectif est de développer des procédés de fabrication pour le prototypage de composants microélectronique en privilégiant des substrats oxydés comme la silice (SiO2) et l’alumine (Al2O3), des substrats de saphir et céramiques.

Les composants sont développés au moyen d’une technique utilisant la photolithographie UV. Ce procédé permet de fabriquer les composants à l’échelle micrométrique et nanométrique. Pour ce faire, nous utilisons des résines photosensibles (S1805, S1813, S1828, SU8, AZ5214, AZ15nxT) et non photosensibles (PMGI SF6, PMGI SF9, PMGI SF11) nous permettant d'obtenir des résolutions de 5 microns. Voici quelques types de composants prototypés dans notre laboratoire :

 

 

   Les diverses équipes du laboratoire peuvent intervenir au sein de la salle blanche pour réaliser des composants. C'est le cas de l’équipe optoélectronique plastique qui s’appuie de façon régulière sur les technologies de fabrication micro-électronique disponibles au sein de la plateforme Platinom. Notamment, par exemple, pour la réalisation de composants planaires à électrodes interdigitées et utilisés pour élaborer des composites polymères incorporant des nanotubes de carbone alignés.

 

Composant planaire à électrodes interdigitées

   De même, l’équipe MACAO intervient pour la métallisation 3D en cuivre de substrats céramique par technique ELECTROLESS (métallisation épaisse) suivi d’une électrolyse en or. Ceci a pour but la réalisation, par exemple, de filtres passe-bande en bande Ku par stéréo-lithographie céramique 3D (http://www.cttc.fr) (voir photos ci-jointes).

 

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Technologie et Instrumentation Electronique Imprimée  

  

Objectifs : Le domaine "Technologie et Instrumentation Electronique Imprimée" de la plateforme PLATINOM regroupe un ensemble de technologies de fabrication et de caractérisations dédiées au développement des dispositifs de l’optoélectronique organique et de l'électronique imprimée (cellules photovoltaïques, transistors à effet de champ, diodes électroluminescentes, capteurs, etc). Une instrumentation spécifique (boites à gants sous atmosphère inerte) permet la réalisation de composants variés à base de semi-conducteurs organiques, polymères et petites molécules conjugués. Les technologies de fabrication par voie sèche et par voie humide, de même que les technologies liées à l'impression (sérigraphie et jet d'encre) permettent un large panel de configurations possibles. La caractérisation physique des dispositifs réalisés (caractérisations morphologiques, optiques et électriques) permet une meilleure compréhension des processus impliqués et l'optimisation des architectures et des fonctionnalités.

La plateforme s'appuie sur les compétences de l'équipe ELITE d'XLIM (pôle Electronique/Axe RF-ELITE), dont les membres permanents en ont la gestion.

Technologies de fabrication

Procédés de fabrication par voie sèche

  

  • Bâtis d'évaporation sous vide : matériaux organiques / électrodes métalliques / couches d’interface (3 bâtis)
  • Bâti d'évaporation par canon à électron (contacts métalliques) - bâti sous atmosphère inerte
  • Bâtis de pulvérisation par faisceaux d'ions : électrodes, oxydes, matériaux inorganiques (2 bâtis)
  • Dépôt assité par faisceau d'ions (IBAD)
Procédés de fabrication par voie humide

  

  • Formulation d’encres, de composites , dispersion de nano-objets (sonde ultra-sons)
  • Mesure d'angle de contact, tension de surface, viscosité
  • Dépôt à la tournette (3 équipements)
  • Banc d’impression par sérigraphie
  • Imprimante jet d'encre DIMATIX DMP-2831
Equipements spécifiques

 

  • Boite à gants sous atmosphère inerte pour dépôts par voie humide (tournette) et par voie sèche (bâtis d'évaporation)
  • Boite à gants sous atmosphèr inerte pour caractérisation optoélectronique (performances photovoltaïques, rendement quantique externe)
  • Boîte à gants sous atmosphère inerte dédié matériaux pérovskites (tournette)

Technologies de caractérisation des matériaux et des dispositifs

Caractérisations morphologiques

  

  • Microscope Optique LEICA DM12000 M
  • Profilomètre mécanique DEKTAK XT
  • Microscope à force atomique en mode AFM, C-AFM, et HD-KPFM (à l'air)
Caractérisations optiques

 

  • Spectromètre UV-visible en transmission SAFAS (300 - 900 nm)
  • Réflectomètre AGILENT Cary 300 (Reflectométrie, transmission optique) : 180 nm - 1010 nm, sphère intégrante, solutions et films solides
  • Fluorimère Edinburg Instrument - PL régime statique et dynamique (lifetime) sur la gamme 50 ps - 1s (sphère intégrante, supports solutions/films/poudres)
Caractérisations électriques

 

  • Mesure de conductivité de films minces par la méthode des 4 pointes (2 bancs)
  • Banc de mesure de propriétés thermoélectriques : Coefficient Seebeck et conductivité (77K - 400K, atmosphère contrôlée)
  • Banc de test sous pointes - basses fréquences (blindé, 4 pointes)
  • Spectroscopie d'impédance diélectrique (basse fréquences jusqu'à 120MHz)
  • Système de caractérisation de semi-conducteurs Keithley 4200, Sources courant-tension Keithley 2400 (3 équipements - jusqu'à 5A)
Caractérisations Optoélectroniques

 

  • 2 Simulateurs solaires de type AM1.5G (Solarconstant PV275 et ORIEL classe A) : sous air ou sous atmosphère contrôlée
  • 2 cellules de calibration silicium certifiée pour mesure de performances photovoltaïques
  • Banc de mesure d'électroluminescence (courant-tension, courant-luminance, spectre de luminance)
  • Banc de mesure de diagramme de rayonnement de dispositifs émetteurs de lumière (espace direct), distribution spectrale UV-Vis-NIR (spectromètre fibré calibré)
  • Bancs de mesure de rendement quantique externe (IPCE) : sous atmosphère contrôlée, en régime statique ou en régime dynamique (lock-in)
  • Banc de mesure de photo-tensions/photo-courants résolus en temps (cinétiques de recombinaison/transport dans composants photovoltaïques)
  • Caractérisations de modules photovoltaïques par LBIC/LBIV

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