Laboratoire commun avec STMicroelectronics

Grâce à l’approche particulièrement propice aux collaborations industrielles des chercheurs du LN2 et grâce à des relations établies de longue date avec plusieurs partenaires clefs de ST Microelectronics, le LN2 a pu développer, dès sa mise en place, une interaction privilégiée avec cette entreprise.

Ainsi, lors de la création du LN2 en 2012, plusieurs activités en collaboration avec STMicroelectronics étaient déjà en cours, dont notamment :

  • l’intégration hybride de transistors à un électron sur un nœud technologique CMOS. Cette activité implique Dominique Drouin (LN2), Abdelkader Souifi (INSA) et Stephane Monfray (ST)
  • la transformation de la chaleur en électricité en utilisant le changement de phase liquide-vapeur, activité qui implique Luc Fréchette (LN2), Stephane Monfray (ST) et Thomas Skotnicki (ST). 

La vision

La vision fût donc de renforcer cette collaboration et de joindre les besoins de STMicroelectronics avec les expertises du LN2. 

En novembre 2012, le laboratoire commun ST – LN2 a été inauguré, couvert par une première convention de 5 années (2012-2017). Il a permis d’approfondir les collaborations en cours et d’étendre les sujets pour couvrir d’autres aspects stratégiques pour les partenaires, dont la gestion thermique et le domaine émergeant de la bio-photonique. 

Les quatre thèmes de recherche communs identifiés, couvrant les axes du LN2, sont : 

  1. Étude des problématiques de la gestion de la chaleur dans les assemblages 3D,
  2. Matériaux pour la récupération d’énergie,
  3. Développement de fonctions innovantes dans le BEOL des circuits CMOS,
  4. Bio-photonique.

Les travaux

Les travaux visent à investiguer et évaluer des approches originales mises de l’avant par les équipes de chercheurs, prenant avantage des technologies à l’état de l’art en microélectronique issues de ST. En conséquence, les travaux  dépassent le contexte académique traditionnel pour inclure des contraintes provenant de la réalité industrielle, telles que les matériaux et la compatibilité des procédés pour l’intégration des nouvelles approches avec les technologies industrielles. Par exemple, des tranches de 300 mm avec circuits CMOS implémentant le plus récent nœud technologique furent fournies par ST pour le développement des procédés de nano-fabrication des transistors à un électron en BEOL (back- end of line) et leur interconnexion au CMOS. Cette approche collaborative donne un accès unique aux technologies de pointe par les chercheurs de l’UMI LN2, tout en favorisant l’innovation en ouvrant un chemin vers l’implémentation éventuelle des nouveaux principes explorés. Les retombées sont donc non seulement attendues en termes de publications scientifiques, mais aussi au niveau de brevets et de démonstrations technologiques. 

Au cours des deux premières années et demi d’existence du Laboratoire Commun ST – UMI LN2, nous avons mené 7 projets, couvrant les quatre thèmes de recherche : 

  1. Étude des problématiques de la gestion de la chaleur dans les assemblages 3D, Gestion thermique de microélectronique 3D par microfluidique,  Transport thermique dans les nanomatériaux, 
  2. Matériaux pour la récupération d’énergie Micromoteurs thermo-fluidiques oscillants et pulsés pour la  récupération de chaleur, 
  3. Développement de fonctions innovantes dans le BEOL des circuits CMOS, Intégration de composants nanoélectroniques dans le BEOL des circuits CMOS, Développement de capteur de gaz embarqué sur CMOS, Mémoire résistive complémentaire sur circuits CMOS, 
  4. Bio-photonique,  Biocapteur plasmonique sur SOI. 

Ces travaux ont été supportés par l’entremise de 4 thèses CIFRE et 1 thèse BDI financées par STMicroelectronics et le CNRS (BDI) ainsi que 2 professionnels de recherche, 2 post-docs, 5 thésards, 2 étudiants à la maîtrise et plusieurs stagiaires financés par les tutelles de l’UMI-LN2, donc majoritairement l’Université de Sherbrooke. À ce jour, ces travaux ont mené à 3 brevets conjoints (2 soumis, 1 en évaluation), ainsi que des démonstrateurs et plusieurs publications scientifiques. 

En cours

Afin de guider les travaux du Laboratoire Commun et faire évoluer sa programmation scientifique, une rencontre annuelle est organisée permettant une journée d’interaction entre plus de 20 chercheurs du LN2 et de STMicroelectronics. Des rencontres informelles ont aussi eu lieu aux 6 mois, dans le cadre des journées du LN2 ou autres colloques organisés par les membres du LN2 au Québec et en France. Ces échanges ont aussi permis d’élargir le spectre des collaborations au-delà des limites du LN2, créant des liens de collaboration impliquant entre autre le Centre Collaboratif MiQro Innovation (C2MI), le CEA LETI et LITEN, ainsi que l’Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL). Des retombées de ces nouvelles collaborations incluent l’obtention d’un financement majeur dans le programme Nano2017 par STMicroelectronics avec l’INL et le LN2, l’organisation de LETI-days en collaboration avec le C2MI, ainsi qu’une thèse CIFRE et des demandes de brevets en collaboration LN2-ST-CEA. De multiples projets impliquant de multiples partenaires additionnels avec ST et le LN2 ont aussi émergés et font l’objet de demandes de financement déposées en France (ANR), au Canada (CRSNG) et à l’Union Européenne (Horizon 2020). 

Le Laboratoire Commun avec STMicroelectronics est donc une partie importante de l’UMI-LN2 et reflète son approche appliquée de la recherche, tournée vers l’innovation. Au cours des deux prochaines années, nous visons principalement à compléter avec succès les nombreux projets initiés dans les premières années d’existence du Laboratoire Commun ST – UMI-LN2, menant à des démonstrateurs innovants, des publications collaboratives d’impact et la formation de personnes hautement qualifiées contribuant au succès de notre partenaire. Pour supporter la suite de ces activités, nous avons présentement deux nouvelles thèses CIFRE avec ST ainsi que deux thésards et deux post-doctorants dans le cadre du programme Nano2017 en collaboration avec l’INL. 

Afin de préparer le renouvellement du Laboratoire Commun en 2017, nous allons aussi définir dans les prochaines années les nouveaux objectifs communs et formuler les projets conséquents. Cette réflexion se produit naturellement dans le contexte des rencontres annuelles entre les membres du LN2 et de ST, mais un effort particulier avec une perspective à plus long terme (2017-2022) sera fait en préparation du renouvellement.