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Auteur(s)
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Michel MASSÉNAT : Docteur en physique de l’université de Bordeaux - Expert auprès de la Commission européenne - Consultant
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Lire l’articleINTRODUCTION
La principale ambiguïté attachée à la technologie des couches minces est contenue dans son nom, à savoir la notion de couche mince comparée à celle de couche épaisse. La notion d’épaisseur est-elle suffisante pour distinguer l’une de l’autre ? Certainement pas, tant les différents auteurs sont partagés sur le sujet. Je lui préfère quant à moi les notions de propriétés électriques et physiques, de matériaux déposés et de procédés de dépôt.
Les couches minces sont utilisées depuis plusieurs décennies dans un grand nombre d’applications. Les plus anciennes et encore les plus répandues sont probablement les applications optiques. La métallurgie et la photographie ont également utilisé les couches minces mais dans les applications les plus modernes, on rencontre maintenant la chimie, la biochimie et la médecine, autour de capteurs de toutes sortes, de gaz mais aussi d’ADN (les biopuces).
Dès les années 1960, le besoin d’intégrer les fonctions électroniques a conduit à utiliser la technologie des couches minces pour la réalisation des tout premiers circuits intégrés, les circuits intégrés hybrides ou CIH, en concurrence avec les technologies d’intégration monolithiques sur silicium.
Au début des années 1980, les technologies à couches épaisses détrônent les premières, handicapées par leur coût de réalisation et certaines difficultés techniques à réaliser des multicouches. Seules des applications très spécifiques comme les réseaux de haute précision, les circuits hyperfréquences, certains capteurs, subsistent alors en couches minces.
La notion de « multichip module » (MCM ou module multipuce) apparaît vers 1985 et, grâce à certaines innovations techniques, redonne un certain intérêt aux couches minces, qui retrouvent dans ces applications l’opportunité d’exploiter entièrement leurs capacités d’intégration (voir l’article suivant ).
Mais l’histoire ne fait que se répéter. L’intégration monolithique ne cesse d’évoluer et de gagner du terrain sur l’intégration hétérolithique, la poussant à évoluer à son tour. Si les MCM sont la réponse (hétérolithique) d’aujourd’hui aux limitations rencontrées par les ASIC (monolithique), les SOP (hétérolithique) seront la réponse de demain aux SOC (monolithique) qui tentent de prendre aujourd’hui la place des MCM. Il est certain que dans les SOP, super hybrides comprenant à la fois interconnexion de haute densité, électrique et optique, composants actifs et composants passifs, dispositifs de refroidissement et, pourquoi pas, microsystèmes électromécaniques, les couches minces électroniques prendront, plus que jamais, une place de choix.
L’auteur tient à remercier monsieur Thierry Lemoine, chef de département Céramique et Packaging à Thalès TRT, responsable du laboratoire commun LABCOM BGCC/TRT, ainsi que monsieur Sylvain Schmitt, ingénieur CNRS/IN2P3, pour l’aide qu’ils lui ont apportée dans la rédaction et la correction de ce document.
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Conclusion
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3. Applications
Il n’est pas très aisé de déterminer un domaine particulier pour l’utilisation des couches minces en électronique, tant les applications peuvent être variées mais aussi, comme on l’a déjà dit, tant la notion de couches minces s’estompe elle-même parmi d’autres filières plus ou moins proches.
On peut néanmoins tenter la classification des applications typiques des couches minces. On distingue alors les domaines suivants :
-
le domaine « traditionnel » des couches minces, à savoir certains circuits analogiques, les codeurs ainsi que toutes sortes de capteurs, senseurs, jauges, etc. ;
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le domaine très particulier des applications hyperfréquences et radiofréquences, pour lequel dans bien des cas, seules les couches minces apportent les performances nécessaires ;
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le domaine actuel des applications basses fréquences, à haute densité d’interconnexion, essentiellement celui des circuits numériques complexes, dits MCM (voir article suivant ) ;
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le domaine le plus récent, celui encore embryonnaire des applications optoélectroniques (voir ) ;
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enfin, l’ensemble des autres applications qui n’entrent pas dans les domaines précédents, comme la robustification (voir ).
Le tableau 7 donne un aperçu de l’ensemble des applications possibles des couches minces.
Mais surtout, il convient ne pas oublier que dans chacun de ces domaines, les circuits en couches minces peuvent autant se présenter sous la forme de sous-ensembles ou modules multipuces, que sous la forme de composants unitaires.
Nous avons déjà largement évoqué les composants passifs réalisés en couches minces et pensons que ceux-ci ne constituent pas un domaine particulier mais entrent dans la classification précédente, en fonction de leurs caractéristiques particulières.
3.1 Applications analogiques, codeurs et capteurs
À l’origine des hybrides, lorsque seules les couches minces étaient d’actualité, l’électronique était exclusivement analogique. Les performances des couches minces se prêtaient alors bien à ce type de fonctions qui requièrent précision élevée, bonne stabilité, coefficients de température parfaitement maîtrisés et surtout un bon appariement entre éléments semblables sur un même substrat.
Depuis, la majorité de...
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