Dispositifs electroniques

Responsable(s) d'équipe :

Francis CALMON
Brice GAUTIER

L’objectif général de l’équipe « Dispositifs Electroniques » (DE) est l’étude et l’intégration de fonctions électroniques et micro-nano-systèmes avancées pour les domaines des technologies de l’information, de la santé et de l’environnement. Grace à sa culture pluridisciplinaire, l’équipe DE peut répondre à des problématiques d’intégration de systèmes hétérogènes et de couplages multi-physique. Ainsi l’équipe DE se positionne dans la chaîne de valeurs du développement d’un système électronique entre le matériau et le circuit. Elle va donc partir du matériau dont on veut maîtriser une variable d’état pour en faire un composant électronique (charge, résistance, polarisation diélectrique,…), en caractériser les propriétés électriques ou mécaniques avec précision et à plusieurs échelles du millimètre au nanomètre (sous excitation électrique, mécanique, optique, thermique…), puis réaliser la conception et les étapes technologiques pour en faire un démonstrateur (nanocomposant, capteur, circuit ou fonction élémentaire). Son rôle s’arrête à la conception du système.

L’équipe « Dispositifs Electroniques » (DE) est donc impliquée dans :

  • Des développements technologiques spécifiques et originaux : intégration de matériaux, nanostructures, dépôts couches minces et nanostructures, substrat souple …
  • La Physique et les architectures de dispositifs : mémoires résistives, monoélectronique, capteurs gaz / milieu liquide, photo-détecteur SPAD (Single Photon Avalanche Diode), MEMS, nanojauge …
  • Le développement d’outils et techniques de caractérisation avancés (mécanique, électrique) : propriétés de matériaux multi-ferroïques, de films minces …

 

Effectifs et moyens (01/09/2019)

Enseignant-chercheurs: 13 (7 professeurs et 6 maîtres de conférences), et 1 professeur émérite, comptant 11 HDR (habilités à diriger des recherches)
CNRS: 1 chargé de recherche
Doctorants et post-doctorants: 11 doctorants et 1 post-doctorant

 

Orientation scientifique/Axes de recherche

L’équipe « Dispositifs Electronique » centre ses activités sur trois axes de recherches :

  • L’intégration de fonctions dans les dispositifs de la microélectronique : capteurs de gaz ou de pH sur CMOS FDSOI, mémoires résistives, dispositifs à base de matériaux ferroélectriques, photodétecteur SPAD en technologie CMOS FDSOI.
  • La conception et la fabrication de nano-dispositifs et capteurs: capteurs de pression, de contrainte mécaniques, transistors mono-électroniques à nano-gap.
  • La caractérisation multi-physique et multi-échelle des propriétés des dispositifs, en particulier :
    • La caractérisation mécanique de couches minces,
    • La caractérisation électrique de nano-dispositifs (structures MOS, composants mono-électroniques) depuis le millimètre jusqu’au nanomètre :
      • Caractéristiques Intensité-Tension, Intensité-Temps, Capacité-Tension, Pompage de charge etc. sur bancs sous pointes à température et fréquence variables.
      • Mesures électriques par les méthodes dérivées de la microscopie à force atomique : Les AFM de l’équipe sont équipés pour la mesure de courant (conductive-AFM), et de propriétés ferroélectriques (Piezoresponse Force Microscopy – PFM, et DFRT-PFM). L’accès au 3ème microscope présent au CLYM permet d’y ajouter les mesures de capacité.

Grace à sa culture pluridisciplinaire, sa taille optimale et à une animation dynamique, l’équipe DE réussi à faire ressortir des actions fédératrices, dont trois exemples:

  • Le développement de nanojauges piezorésistives sur substrat souple qui s’appuie sur un savoir-faire technologique issu des travaux sur les dispositifs mono-électroniques (dépôt ALD, procédé nano-gap avec l’évaporation à angles, cf. thèse D. Thomas), les propriétés mécaniques de films minces et la caractérisation multi-physique (électrique, mécanique).
  • L’ajout de fonctionnalités sur la plateforme CMOS FDSOI de STMicroelectronics : capteurs de pH ultrasensibles, intégration de SPAD sous le box pour créer un pixel nativement 3D (voir faits marquants).
  • La caractérisation électrique multi-échelle de matériaux ferroélectriques et le développement de composants associés exploitant ses propriétés.

Faits Marquants

Capteurs mécaniques flexibles à nanocracks

Integration of SPAD in 28nm FDSOI CMOS technology

10 ans de l’INL – On en parle

3D Silicon Coincidence Avalanche Detector (3D-SiCAD)

Huge gain in pyroelectric energy conversion through epitaxy for integrated self-powered nanodevices

Croissance et ferroélectricité de BaTiO3 épitaxié sur Si

Micro-capteurs implantables en Silicium pour le diagnostic de maladies neurologiques

Transistors mono-électroniques métalliques sur CMOS.

Nanopompage de charge par AFM en mode contact