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Laboratoires communs

Optimiser et automatiser les procédés d'épitaxie par jets moléculaires

Le LAAS-CNRS et la société Riber, spécialiste des équipements d'épitaxie par jets moléculaires pour l'industrie des semiconducteurs, créent le laboratoire commun Epicentre, dont l'objectif est d'améliorer l'automatisation et la reproductibilité des procédés existants, mais aussi de développer une solution spécifique pour les matériaux supraconducteurs d'un ordinateur quantique.

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Riber, leader mondial des équipements d'épitaxie par jets moléculaires1 (Molecular beam epitaxy, MBE) pour l’industrie des semi-conducteurs, et le Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes du CNRS (LAAS-CNRS) annoncent la création du laboratoire commun Epicentre, au sein duquel ils partageront, pour une durée de six ans, leurs compétences respectives en MBE.

L’objectif d’Epicentre est de mettre en place une stratégie d’innovation technologique dans le domaine de la MBE à travers une gouvernance commune et un plan de recherche conçu pour déboucher sur le développement d’un ensemble de briques technologiques.

Le premier axe technique du laboratoire commun est de développer un ensemble d’outils de mesure in situ complémentaires, non destructifs, qui garantiront une maîtrise ultime des procédés épitaxiaux de matériaux complexes. Les solutions développées amélioreront considérablement les procédés MBE, afin de proposer une plus grande automatisation, ainsi qu'une meilleure stabilité et reproductibilité des procédés de croissance sur l’ensemble des gammes de machines Riber.

Le deuxième axe technique d’Epicentre est de développer une solution dédiée à la croissance de matériaux supraconducteurs dans le domaine de l’ordinateur quantique, en s'attaquant spécifiquement au verrou technologique de l’épitaxie à température cryogénique. L’ambition est d’inventer de nouvelles interfaces hybrides épitaxiées qui seront les briques élémentaires de futurs composants spintroniques et quantiques.

Des solutions pour la croissance de composants complexes (VCSEL, cellules solaires à multi-jonctions) seront également développées, afin de démontrer l’efficacité et la pertinence de ces outils de mesures in situ en vue de production de masse.

Parallèlement, Epicentre initiera un travail d’apprentissage par machine learning, attente forte de la communauté MBE, pour optimiser l'analyse du processus de croissance des matériaux.

Ce programme doit se concrétiser par la conception d’une plateforme MBE sans égale sur le marché, dédiée à la croissance de structures complexes de matériaux III-V2 et supraconductrices et intégrant des processus automatisés de contrôle avancé. Dans cette perspective, la centrale de micro-nano technologies du LAAS-CNRS recevra prochainement une plateforme mise à disposition par Riber. Elle sera équipée d’une gamme d’instrumentation, entièrement intégrée dans le logiciel de contrôle process Crystal XE de Riber et permettant plus particulièrement de suivre et contrôler in situ des paramètres de la croissance épitaxiale. Tous ces paramètres ainsi que les caractérisations ex situ associées seront compilés dans une base de données de connaissance. Cette collaboration, porteuse d’innovation, permettra in fine d’étendre l’ensemble sur la gamme de machines – recherche et production – de Riber.

La concrétisation d’une relation historique

La création du laboratoire commun Epicentre renforce le partenariat entre le LAAS-CNRS et Riber, qui entretiennent une relation étroite depuis 35 ans. Le LAAS-CNRS a formé de nombreux collaborateurs de Riber à la technique MBE, réalisé de nombreux démonstrateurs et caractérisations pour les clients de la société, et représente aujourd’hui une vitrine du savoir-faire Riber.

En 2019, Riber a acquis la licence d’exploitation du brevet d'un instrument de mesure LAAS-CNRS, EZ Curve, qui permet de suivre en temps réel la courbure d’un substrat lors d’une épitaxie contrainte. Cet instrument, dont la commercialisation a été lancée début 2021 par Riber, permet de suivre l’évolution de la contrainte et d’en déduire l’épaisseur et la concentration de l’alliage avec une précision bien supérieure aux produits concurrents.

La mise en place du laboratoire commun permettra de valoriser davantage les innovations technologiques communes. Au travers d’Epicentre, par la simplification de l'utilisation des machines MBE, Riber renforce sa stratégie de création de valeur au service des usagers, chercheurs et industriels des semi-conducteurs.

 

1 L'épitaxie par jets moléculaires est une technique de croissance de couches minces cristallines sur un substrat.

2 Les matériaux III-V sont des semiconducteurs composés d'éléments figurant dans la colonne III et la colonne V de la classification périodique des éléments de Mendeleïev, comme par exemple AsGa, GaN, ou GaSb.