CONCLUSION GENERALE

 

 

 

            Ce travail a été principalement axé sur la technologie qui est le dénominateur commun aux études menées d'une part sur les SBV et d'autre part sur les structures guides d'ondes coplanaires sur membrane.

            De manière générale, nous avons constaté qu'il nous faut maîtriser un certain nombre de technologies souvent très différentes mettant en jeu les techniques d'évaporation sous vide, de dépôts et gravure par plasmas, ainsi que les procédés de micro-usinage chimique. Pour chacun de ces procédés, l'objectif a été d'obtenir une bonne maîtrise des techniques afin que l'on puisse l'utiliser dans la fabrication d'un composant complet. Cette démarche est complémentaire des études plus systématiques visant à l'optimisation d'un procédé particulier, et non d'un ensemble. Ces procédés ont été appliqués avec succès pour réaliser des composants à hétérostructures de type varactor dont les résultats sont à l'état de l'art, que ce soit en terme de contraste, en capacité, ou de tenue en tension. Ces résultats n'ont pu être obtenus que progressivement, en modifiant au fur et à mesure la structure en fonction des problèmes rencontrés. Pour cette optimisation, le recours à l'outil numérique de simulation des composantes de courant et des variations de capacité s'est avéré indispensable pour confirmer ou "infirmer" les idées sous-jacentes aux procédés d'optimisation.

            Le système de matériaux InGaAs/InAlAs/AlAs épitaxié sur substrat InP nous semble être un bon choix. En effet, nous avons vu que la barrière contraintes AlAs/AlInAs rempli parfaitement son rôle de barrière blocante même dans des conditions de fonctionnement à température ambiante. En fait, nous avons démontré que les seuils de conduction sont largement tributaires des phénomènes de claquage par avalanche dans les zones désertées. Face à cette situation, on se heurte au compromis entre forte tension d'avalanche et haute mobilité qui résulte directement du fait qu'il faille concilier une grande bande interdite pour minimiser les phénomènes d'ionisation par choc, avec l'obtention d'une masse effctive équivalente relativement faible. En fait, il nous semble que l'application visée axée plus particulièrement sur la puissance, en favorisant les hautes fréquences, soit déterminante dans les critères de choix. Ainsi si l'objectif recherché est d'atteindre la fréquence du Térahertz, on peut d'aller encore plus avant dans l'optimisation de la mobilité des matériaux. Dans ce but le système de matériau InAs/AlSb, épitaxié notamment sur substrat GaAs par croissance métamorphique, présente les critères essentiels, que sont un grande hauteur de barrière et une très faible masse effective pour les zones InAs où s'effectue la modulation de capacité. En revanche, on peut s'attendre à une tension d'avalanche et donc à un seuil de conduction bien inférieur à celui mesuré dans ce travail pour des structures InGaSs/InAlAs/AlAs. Enfin, il faut aussi prendre en compte la maturité technologique de ce système, qui pour l'instant, fait encore l'objet d'études fondamentales en relation avec les méthodes de croissance et les technologies de fabrication des composants.

            Pour des applications centrées sur la puissance, qui, à notre avis nous semblent être un des objectifs majeurs des études composants aptes à fonctionner aux longueurs d'ondes millimètriques et submillimètriques, un certain nombre de solutions ont été testées. Tout d'abord au niveau de chaque composant élémentaire, nous avons recherché à repousser systématiquement les limites du claquage pour un choix des niveaux de dopage compatibles avec des taux de modulation de al capacité importants. Dans l'état actuel des structures, il nous semble que des fonctions dans l'ensemble de la gamme millimètrique (30 GHz-300 GHz) soient envisageables. Ainsi, le dernier appel d'offre E.S.A. basé sur l'utilisation de diodes S.B.V. à 250 GHz avec un niveau de puissance délivré de l'ordre de 5 mW nous semble compatibles avec les performances des composants fabriqués au cours de cette thèse. Dans l'optique de fréquences plus élevées, avec notamment la fenêtre des 500 GHz située en gamme submillimétrique, nous nous heurtons au problème de la saturation en courant qui ne peut être surmontée, pour un système de matériaux donné, qu'en augmentant les matériaux de dopage. Face à cette difficulté, nous avons effectué une première évaluation des possibilités offertes par la mise en série de deux diodes élémentaires épitaxiées sur un même substrat, ont été conformes aux effets attendus avec un doublement de la tension admissible et un niveau de capacité réduit de moitié. Ce résultat nous semble particulièrement importante pour pallier nombre de limitations résultant directement de l'augmentation des niveaux de dopage. Par ailleurs, cette intégration verticale n'est pas incompatible avec une association matricielle des composants, toujours dans un objectif de puissance.

            Pour les structures sur membrane, qui sont à notre connaissance parmi les premières structures fabriquées en Europe, un certain nombre de problèmes ont été résolus avec la démonstration d'ondes se propageant pratiquement à la vitesse d'une onde électromagnétique dans le vide et un niveau très faible de perte dominé par les composantes métalliques. A notre avis, il reste un problème de taille qui concerne l'adaptation entre les milieux de propagation sur substrats épais et ceux sur membrane. Face à ce problème résultant directement de la rupture d'épaisseur de substrat, qui se fait sur des distances très courtes, nous avons considéré plusieurs types de solutions qui, pour les meilleures, ont permis de réfléchir moins de un vingtième de la puissance incidente.

            Ce premier travail expérimental sur les structures de propagation sur membrane a été complété par une première évaluation des performances des structures de filtrage. Il nous semble en effet que ce type d'applications soit le prolongement direct des études fondamentales des modes de propagation, dans une optique système de détection hétérodyne. Pour ces systèmes, il est impératif de filtrer les fréquences primaires et transposées. Compte-tenu de la nouveauté du sujet, les systèmes de simulations actuels se révèlent peu adaptés. La raison essentielle est le rapport d'aspect très défavorable entre dimensions latérales et verticales des structures composites. Pour contourner cette difficulté, nous avons introduit un milieu effectif moyen qui donne des premiers éléments d'information sur les conditions de résonnance sans toutefois décrire de façon exacte la fermeture des chaps électriques et magnétiques. En revanche, l'analyse de circuits sur la base de schémas équivalents se révèle suffisante pour traiter les phénomènes de couplage et la formation des bandes passantes.

            Le travail technologiques sur les membranes ne nous semble pas limité aux seules applications hyperfréquences. Par l'analyse des objets utilisés en microtechnologie, on constate que cette structure est essentielle aux même titre que les micropoutres [1] ou les microponts. Une idée particulièrement attrayante ou stimulante est d'étendre l'expérience acquise dans les techniques de micro-usinage volumique au cas des membranes semiconductrices. Un certain nombre de réalisations viennent d'être publiées par l'Université de Darmstadt [2] sur des systèmes GaAlAs/GaAs qui présente une sélectivité d'attaque due à la présence d'Aluminium. En ce qui nous concerne, l'équipe s'est engagée vers l'utilisation du système de matériaux GaInAs/InP [3][4] en complément des études menées dans ce travail.

 

 

 

BIBLIOGRAPHIE DE LA CONCLUSION GENERALE

 

[1]

C. Seassal, J. L. Leclercq and P. Victorovitch, "Fabrication of InP-based freestanding microstructures by selective surface micromachining", Journal of Micromech. Microeng., vol.6, 1996, pp 1-5

 

[2]

K. Mutamba, M. Flath, A. Vogt, A. Sigurdardottir, A. Dehé and H. L. Hartnagel, "Pressure sensors based on stress dependence of AlGaAs/GaAs RTD characteristics", HETECH'96 Workshop, Villeneuve d'Ascq, 15-17 September, 1996

 

[3]

P. Salzenstein, P. Mounaix, E. Lheurette, X. Mélique and D. Lippens, "Microtechnologie des composés III-V", 6ième Journée Nanotechnologie, Paris, 21 Novembre 1995

 

[4]

P. Mounaix, E. Lheurette, X. Mélique and D. Lippens, "Surface Micromachining of GaInAs/InP hetrostructures realised by selective wet etching", 1st Europe-Asia Congress on Mechanics, Besançon, 1-3 October, 1996