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MAMINA : Matériaux et Acoustiques pour MIcro et NAno systèmes intégrés

Thématique : Ferroélectrique pour applications microondes et Matériaux Piézoélectriques Nanostructurés

Responsable : Denis REMIENS

Description

Cette thématique regroupe plusieurs activités :

  • Croissance de films minces piézoélectriques essentiellement sur Silicium (perspective intégration) ; les dépôts sont effectués par pulvérisation cathodique radio fréquence magnétron. Le MIMM (pour Matériaux et Intégration en Micro systèmes et Micro Electronique) a une expertise de plus de 15 ans dans ce domaine. Des analyses physico chimiques fines et poussées sont associées à cette activité de croissance (SEM, AFM, RBS, TEM, …) afin de corréler les propriétés électriques des films à leur structure, micro structure, interfaces… Les matériaux étudiés et aujourd’hui parfaitement maîtrisés sont le PZT, PMN-PT, ZnO, LiNbO3,… Depuis 2 ans l’activité s’est orientée vers la croissance de films piézoélectriques sans Plomb.

  • Cette phase de croissance de matériaux « pleine plaque » étant contrôlée, c’est tout naturellement que les activités se sont orientées vers la mise en plaque de briques technologiques de base pour la fabrication d’actionneur / capteur à l’échelle micro (MEMS) et nano (NEMS). Un investissement technologique conséquent à été développé pour adapter les technologies de la micro électronique (gravure, métallisation,…) à nos structures.

  • Une activité plus récente s’est développée au sein du MIMM : il s’agit de fabriquer des films minces ferroélectriques ayant une forte potentialité dans le domaine des télécommunications sans fil. Il s’agit par exemple de réaliser des filtres accordables en fréquences. Il est donc mis à profit la « tunabilité » du BST et tout autre matériau présentant une forte tunabilité et de faibles pertes à hautes fréquences.

Résultats majeurs

Figure 1 : NEMS piezo obtenu par FIB / Figure 2 : Réponse PFM

FIGURE 1 et 2

 

Performances de films BST épitaxiés ou polycristallins en termes de tunabilité jusque 30 GHz sur Ligne Coplanaire

FIGURE 3 et 4

Figure 3 : figures de pole de films de BST épitaxié / Figure 4 : diffraction de RX sur BST épitaxié

FIGURE 5 et 6

Réponse de 1 à 30 GHz de films BST épitaxiés et polycristallins. La tunabilité passe de 50% à 30% sous 300 KV/cm. Le code de calcul utilisé basé sur les éléments finis a été développé en interne

Travaux en cours - Prospectives

  • Optimisation des technologies MEMS et NEMS : photolithographie électronique, gravure RIE-ICP,..
  • Caractérisations à l’échelle micro et nano des dispositifs réalisés : microscopie champ proche,
  • Etude de la structure micro ruban pour la réalisation de composants accordables hyper fréquences,
  • Modélisation des actionneurs/ capteurs par une approche éléments finis

Collaborations

  • LAAS, FEMTO, CRISMAT, LETI, INSA LYON, ONERA (Chatillon)
  • ST (Crolles, Tours), SKF
  • SICCAS, SIMIT, ECNU, CNRST, Inst. Physique Kiev, Univ. Aveyro (CICECA), Univ. Liberec, Univ. Cambridge