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Labos de recherche, tremplin pour start-up : Au III-V Lab, les machines d'épitaxie sont reines

Alexandre Couto

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Labos de recherche, tremplin pour start-up : Au III-V Lab, les machines d'épitaxie sont reines

Ultravide, hautes températures, cryogénie… L’épitaxie par jet moléculaire utilise des conditions extrêmes pour maîtriser la croissance des semi-conducteurs.

© Pascal Guittet

Copiloté par Thales, Nokia et le CEA, ce laboratoire développe des alliages de semi-conducteurs dédiés à la photonique. Une activité qui repose sur les équipements les plus performants.

Combinaison, surchaussures, gants, charlotte… Les conditions sont drastiques pour pénétrer dans les 2 200 m2 de salles blanches du III-V Lab. Situé au sud de Paris, sur le plateau de Saclay, ce laboratoire, sous la tutelle de Thales, Nokia et du CEA, est une référence mondiale dans les semi-conducteurs dédiés à la photonique. Son savoir-faire ? La conception d’alliages à partir des éléments des colonnes III et V du tableau périodique. « Si le silicium est le semi-conducteur roi de l’électronique, ses propriétés optiques ne permettent pas d’émettre efficacement de la lumière, souligne Jean-Pierre Hamaide, le président du laboratoire. Pour la photonique, nous concevons couche atomique par couche atomique des alliages d’éléments III-V dont nous maîtrisons les propriétés. » Un véritable travail d’orfèvre qui ne pourrait être réalisé sans des équipements de pointe : les réacteurs d’épitaxie.

L’une de ces machines occupe tout l’espace d’une pièce du laboratoire : une large cloche aux parois épaisses et percées de petits hublots qui lui donnent l’aspect d’un bathyscaphe échoué. À l’intérieur, trois substrats cristallins maintenus à 450 °C sont en rotation. Ils attendent de recevoir les fines couches d’aluminium, d’indium, de gallium (les éléments III), et d’arsenic ou de phosphore (les éléments V). « Il s’agit d’une machine d’épitaxie par jet moléculaire (EJM), indique Jean Decobert, spécialiste de l’épitaxie au III-V Lab. C’est une technique de croissance des semi-conducteurs précise qui nous permet de mettre en œuvre des matériaux capables d’émettre aux longueurs d’onde de 1,3 et 1,55 micron, utilisées dans les télécommunications. »

Des conditions extrêmes

Fourni par le français Riber, leader mondial de cette technologie, l’équipement combine trois conditions extrêmes – l’ultra­vide, les très hautes températures et la cryogénie – pour faire « pousser » le matériau à la vitesse d’un micron par heure. « À l’intérieur du réacteur, se trouve un vide d’environ 10-9 torrs [unité correspondant à la pression d’un millimètre de mercure, ndlr]. C’est à peu près le vide que l’on peut trouver à la surface de la Lune », souligne Jean Decobert. Sur la partie basse de la machine, douze protubérances cylindriques sont visibles, orientées en direction du centre de la cloche. Ce sont des creusets où règne une température comprise entre 800 et 1 200 °C. Les éléments III et V y sont maintenus à l’état liquide. Des clapets situés en haut du cylindre masquent la cloche ou « chambre de croissance ». En les ouvrant, les éléments évaporés produisent un jet de molécules en[…]

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