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[Portrait] Fabrice Semond, le chercheur qui façonne les surfaces de silicium atome par atome

Alexane Roupioz
[Portrait] Fabrice Semond, le chercheur qui façonne les surfaces de silicium atome par atome

Ce chercheur CNRS travaille depuis plus de vingt ans sur l’épitaxie par jets moléculaires de nitrure de gallium sur silicium. Sa start-up, qui exploite cette technologie pour la filière électronique, a développé des substrats avancés.

Depuis son arrivée au Centre de recherche sur l’hétéro-épitaxie et ses applications (CRHEA) en 2018, c’est la reine. Elle trône dans une pièce dédiée de ce laboratoire du CNRS, au cœur de la technopole Sophia Antipolis, à Valbonne. Mais pour Fabrice Semond, la machine d’épitaxie par jets moléculaires de l’équipementier Riber – qu’il a baptisée « Shrek » – est avant tout un nouveau partenaire. « Son imposante taille ne la rend pas très avenante, mais c’est une belle bête. » Grâce à elle, le chercheur s’apprête à faire sortir de son laboratoire une technologie qu’il a imaginée il y a plus de vingt ans. À la fin des années 1990, les premières diodes électroluminescentes (LED) à base de nitrure de gallium (GaN) font exploser la cote de popularité de ce matériau semiconducteur à grand gap. La plupart du temps, il est synthétisé sur une plaquette de saphir (dit substrat) par épitaxie en phase vapeur aux organométalliques (MOCVD). Cette technique de croissance cristalline utilise des flux gazeux pour déposer, sur le substrat, des atomes extraits de composés organométalliques.

Un goût pour l'épitaxie et ses défis

Lorsqu’il entre au CNRS en 1997, Fabrice Semond n’a jamais fait d’épitaxie. En revanche, pendant sa thèse, il a pris goût à façonner des surfaces de carbure de silicium (SiC) pour en modifier les propriétés. « C’est assez excitant de voir qu’à l’échelle de l’infiniment petit, il est possible de modifier les propriétés d’un matériau en jouant sur l’organisation des atomes. » Le CRHEA va lui donner accès à un nouveau terrain de jeu. À l’époque, les chercheurs du laboratoire imaginent de nouvelles applications pour le GaN, notamment dans l’électronique. Mais pas avec un substrat sur saphir. « Le saphir a une faible conductivité thermique qui ne permet pas l’évacuation de la chaleur des composants électroniques », souligne Fabrice Semond. L’alternative la plus évidente ? Le SiC et ses remarquables propriétés thermiques. Or la France dépend des États-Unis et de l’Asie pour l’approvisionnement de ce matériau. Fabrice Semond oriente finalement ses recherches vers le GaN sur silicium (Si). D’un point de vue technique, le défi était de taille. Épitaxier du GaN sur Si, c’est arriver à empiler une maille cristalline hexagonale sur une maille cubique avec des atomes très différents. Ce verrou peut être levé en intercalant une couche de nitrure d’aluminium (AlN). Pour ce faire, le CRHEA a développé un procédé d’épitaxie par jets moléculaires utilisant une source solide métallique ultra-pure pour[…]

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