Micro-ingénierie, microfabrication et MEMS

Épitaxie par faisceaux chimiques

Chercheur

Richard Arès

Intérêt et problématique

Avec la déflation spectaculaire du marché des télécommunications au cours des dernières années, les exigences en termes de performances et de coût se sont transformées radicalement. De plus, l’apparition de nouveaux producteurs de composantes sur l’échiquier mondial, comme la Chine, impose une forte pression à la baisse sur les prix. Contrairement à la micro-électronique où des millions de composantes sont entassées sur une minuscule région de semi-conducteur, la technologie des composantes photoniques reste une technologie discrète où chaque dispositif est fabriqué séparément et assemblé ensuite sous forme de module. Les coûts d’assemblage constituent une part importante du prix final de chaque composante. De nouvelles technologies impliquant des dispositifs mécaniques sont aussi apparues. L’approche la plus prometteuse préconise l’intégration de multiples fonctionnalités sur une même surface. Cette nouvelle réalité pose de nouveaux défis pour la fabrication des structures semi-conductrices. Différentes structures doivent pouvoir être fabriquées côte à côte sur une même surface. La seule technique de croissance qui permet une telle approche est l’épitaxie par faisceaux chimiques qui fut développée dans les années 90. Les outils de croissance, par contre, continuent d’être de simples adaptations d’outils standard. Les géométries de chambre de croissance n’ont jamais été optimisées par des modèles physico-chimiques. De plus, l’apparition récente d’une gamme de techniques de mesures in situ offre aussi l’opportunité de raffiner la technique en introduisant des sources d’information.

Objectifs

Le programme de recherche vise à concevoir un outil de croissance épitaxiale de la technique d’épitaxie par faisceaux chimiques. Une approche fondamentale de l’étude des phénomènes physiques en jeu dans l’enceinte de croissance tels que l’écoulement des gaz, la gestion du vide et les aspects thermiques, permettra de concevoir un outil de croissance optimisé pour la croissance. Une attention particulière sera portée à l’accès pour des mesures in situ en temps réel.

Projets de recherche en cours et envisagés

  • Modélisation de l’écoulement des gaz au travers d’un injecteur profilé: Utilisation d’une approche géométrique ou statistique (Monte Carlo) afin de déterminer les caractéristiques d’écoulement des gaz dans un milieu à vide poussé. Conception d’un algorithme d’optimisation de la géométrie du couple injecteur-échantillon.
  • Conception d’un banc d’essai pour un injecteur: Montage d’une chambre à vide permettant de mesurer la distribution spatiale du flux gazeux provenant de différents prototypes d’injecteurs. Programmation d’une interface graphique conviviale pour la visualisation des données. 
  • Conception d’un injecteur optimisé pour un outil de croissance: Utilisation des résultats obtenus par simulation pour concevoir un injecteur pouvant être utilisé dans un outil de croissance réel. Utilisation de la méthode des éléments finis afin de déterminer les propriétés thermiques et d’optimiser le design.
  • Conception d’une chambre de croissance par faisceaux chimiques: Détermination de la géométrie globale de la chambre afin d’utiliser les injecteurs optimisés et de permettre une gamme de mesures in situ de la surface de l’échantillon. Concevoir une approche originale pour la manipulation et le chauffage des échantillons. Optimisation de la gestion externe des gaz de réactions. Contrôle du procédé avec une interface intelligente.

Renseignements