MEMS à base d'hétérostructures en GaN – MEMSGAN

Les résonateurs MEMS/NEMS (Micro-Nano ElectroMechanicalSystems) constituent un domaine extrêmement riche à la fois du point de vue des applications télécom (filtres et oscillateurs RF), mais aussi pour réaliser de nouvelles percées en instrumentation pour les nano et bio-technologies. En effet, alors que les fréquences supérieures à 10MHz étaient traditionnellement réservées aux ondes électromagnétiques, il est maintenant possible de définir par technologies top-down des structures mécaniques monocristallines qui vibrent à des fréquences jusqu’à 1GHz. Ces dispositifs atteignent des forts facteurs de qualité (10 000), ce qui leur ouvre des applications de type temps-fréquence, microscopie à force atomique (AFM) ou encore la mesure d’interactions spécifiques entre protéines. Mais nombre de réalisations de l’état de l’art, qui utilisent une technologie silicium avec des transducteurs capacitifs ou piézorésistifs se heurtent à un verrou majeur: leur sensibilité et leur bande passante est trop faible pour détecter les vibrations mécaniques au dessus de 10 MHz. Dans ce contexte, ce projet propose non seulement de nouveaux dispositifs MEMS III-V mais aussi une filière complète de microsystèmes basée sur le nitrure de gallium (GaN) et les hétérostructures AlGaN/GaN. Déjà appliqué avec succès aux transistors HEMT hyperfréquence, ce matériau rassemble des propriétés semi-conductrices remarquables (large bande interdite, haute mobilité) et est aussi un cristal piézoélectrique. Ce projet comprendra: 1-la croissance en épitaxie par jets moléculaires (MBE) d’hétérostructures AlGaN/GaN sur substrat Si. Cette structure contient un gaz bidimensionnel d’électrons dont la concentration est directement reliée aux effets de polarisation spontanée et piézoélectrique, le tout sur substrat permettant de graver et libérer des MEMS. 2-le développement du design et d’une technologie de micro et nanofabrication permettant d’utiliser ces gaz bidimensionnels comme transducteurs électromécaniques intégrés ultrasensibles et à haute bande passante. 3-la fabrication et la caractérisation d’un premier résonateur MEMS GaN fonctionnant au-dessus de 100MHz. Le résonateur sera co-intégré avec un amplificateur faible bruit (LNA ou lownoise amplifier) à base de HEMTs pour une détection à la fois haute fréquence et à fort rapport signal/bruit permettant d'atteindre ainsi une résolution spatiale proche de 10 fm. Ce projet inclut la caractérisation par un banc de mesure qui sera développé, la modélisation des phénomènes multiphysiques (analytique et par éléments finis) de façon a aboutir à la compréhension quantitative des performances en terme de bruit et de bande passante. Le consortium de recherche est composé de 3 partenaires : CNRS-IEMN et CNRS-CRHEA qui développent les aspects scientifiques et techniques en amont. Ils sont associés MC2-Technologies (start-up) sur des objectifs communs en termes de design de nouveaux systèmes et de techniques de mesures de MEMS innovantes. Un fournisseur industriel (tel PICOGIGA) sera sollicité pour disposer de suffisamment de matériau pour le projet.