Eléments Capacitifs MIM à forte densité Intégrés sur Silicium pour la conversion de l'énergie – CAMINO

L'objectif du projet CAMINO est de réaliser des condensateurs intégrés sur silicium à capacité de stockage énergétique élevée pour des applications de gestion et conversion de l'énergie, dans les équipements électroniques nomades. Cette thématique entre dans la perspective de réalisation future de micro-convertisseurs DC-DC intégrés. Nous visons des capacités surfaciques supérieures à 100 nF/mm². De plus, pour obtenir de hauts rendements de conversion de puissance, les condensateurs intégrés devront présenter de faibles pertes dans les conditions d'utilisation caractéristiques des applications concernées. L'objectif de forte densité de capacité peut être atteint en augmentant la surface des électrodes en regard et en utilisant des matériaux à forte permittivité. Dans cette perspective, le projet CAMINO permettra d'optimiser de nouvelles techniques de micro-fabrication comme la gravure profonde du silicium et de nouvelles méthodes de dépôt de matériaux diélectriques, appliquées aux filières technologiques d'intégration de composants passifs sur silicium. Dans un premier temps, le LAAS-CNRS développera des structures de condensateurs basées sur la gravure de tranchées profondes dans le silicium afin d'augmenter la surface effective des électrodes tout en limitant la surface rapportée sur la puce de silicium. Le procédé de gravure envisagé est la gravure réactive ionique profonde (DRIE). Une voie alternative et prometteuse sera étudiée avec le LENAC (Laboratoire d'Electronique Nanotechnologies Capteurs) : la gravure électrochimique du silicium. Par ailleurs, un axe fort du projet concerne le dépôt de nouveaux matériaux diélectriques à forte permittivité. Ces matériaux seront déposés par MOCVD (Metal Organic Chemical Vapour Deposition) par le deuxième acteur de l'équipe mise en place, le LEMHE (Laboratoire d'Etudes de Matériaux Hors Equilibre) de l'Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay (ICMMO-UMR 8182). Nous optimiserons les dépôts sur surface plane puis dans les tranchées profondes en silicium. Concernant les démonstrateurs, des condensateurs intégrés comprenant les matériaux diélectriques développés spécifiquement dans ce projet seront réalisés et caractérisés électriquement au sein du LAAS-CNRS y compris dans des conditions réelles de fonctionnement (au sein même d'un convertisseur statique). Nous attendons de ce projet des résultats sur le plan des matériaux et des technologies de mise en œuvre : en effet, de nouvelles techniques dans des structures particulières (tranchées à fort facteur de forme) seront évaluées et optimisées. Du point de vue des composants, les paramètres géométriques et physiques qui permettraient d'obtenir de bons rendements et donc de bonnes performances au niveau du système seront identifiés. Ces études devraient permettre une avancée importante vers le convertisseur statique tout intégré. En cela, elles constituent un axe de recherche essentiel pour la miniaturisation des systèmes de conversion de l'énergie électrique et apporteront des retombées sur l'ensemble de la communauté. Ces activités pluridisciplinaires seront mises en place à travers les collaborations entre le LAAS-CNRS (Toulouse) et le laboratoire de chimie (LEMHE-Orsay). Le LENAC (Lyon) et le laboratoire d'études structurales du CEMES-CNRS à Toulouse apporteront leur expertise dans des points précis du projet.