– e-FlexSi

Depuis plus de 20 ans, l?Electronique de Grande Surface (EGS) sur verre a développé une importante base technologique. Ce développement est dû principalement à l?application dans les écrans plats. Le marché des écrans plats couvre maintenant presque l?ensemble des besoins en visualisation permettant ainsi à l?EGS de prendre une part importante du marché de l?électronique. Les principaux développements et unités de production sont maintenant concentrés en extrême orient. Cependant, les premiers développements ont été effectués en Europe qui a maintenu longtemps une position de leader. Les Laboratoires européens ont ainsi acquis une grande expérience et certains d?entre eux la maintiennent encore. Particulièrement, les partenaires du présent projet, le LETI (CEA Grenoble), le LPICM (Ecole Polytechnique Palaiseau) et l?IETR (Université Rennes 1), maintiennent cette activité en France. L?EGS souffre de ce développement au service principalement et même seulement des écrans plats. Notre conviction est que les écrans plats constituent le passé et le présent de l?EGS. L?avenir se situe plus ailleurs. En effet, un grand nombre de fonctions électroniques, mécaniques, chimiques et biologiques nécessitent une intégration avec l?électronique de traitement in-vivo sur le même substrat. Le but est de développer une nouvelle filière de technologie silicium comme cela a été fait avec les filières CMOS, SOI ou Bipolaire. La température de fabrication doit pouvoir être compatible avec ces autres fonctions. Actuellement, les matériaux organiques, les oxydes transparents et le silicium concourent pour le développement de cette technologie. Le projet présenté se focalise sur le silicium déposé sur un substrat flexible à basse température. Pour une bonne performance en termes de paramètres électriques et de stabilité, le silicium cristallisé sera utilisé. Pour des raisons technologiques liées à la nécessité d?une basse température, le silicium déposé micro(nano) cristallin sera préféré au silicium déposé amorphe et cristallisé par laser. Le projet consiste en le développement de fonctions électroniques CMOS de base sur plastique utilisant ce silicium cristallin. Ces fonctions de base (inverseurs, oscillateurs, miroir de courant, amplificateurs, portes logiques?) constituent les briques da base d?une technologie CMOS. Choisir un substrat plastique est un véritable challenge qui nécessite le développement d?un procédé basse température donnant des transistors de types N et P ayant des performances remarquables et stables.. Par expérience, les partenaires ont choisit d?utiliser le PEN stabilisé (polyethylene naphthalate) (Teonex Q65) produit par DuPont Teijin Films. Ce plastique permet d?utiliser une température maximale de 180°C pendant le process. Les performances remarquables seront déterminées par des objectifs de fréquence de fonctionnement de quelques centaines de kilo-Hertz, de mobilité d?effet de champ de 5 à 10 cm2/V.s pour les électrons et 2 à 5 cm2/V.s pour les trous, et de tension de seuil de 2 à 3 volts. La stabilité doit être au moins celle des TFTs ?Bottom-Gate? de type N à très faible mobilité utilisant du Si3N4 comme isolant de grille. Le Programme de travail est divisé en 5 parties, chacune comprenant différentes tâches. Ce programme commence par la fabrication, sur des plaques de PEN, de TFTs de types N et P remplissant les objectifs fixés. Les effets de la microstructure du silicium, du type d?isolant et de son interface avec le silicium seront étudiés. Puis des TFTs P et N intégrés seront réalisés. Ils devront présenter des performances analogues aux TFTs individuels. Ceci permettra d?aboutir à la réalisation de quelques fonctions de base (inverseurs CMOS, oscillateur, portes logiques). Une attention particulière sera accordée à la caractérisation des dispositifs et circuits et de leur comportement sous contraintes électrique, mécanique (flexibilité), thermique. Une partie indépendante est réservée à cette caractérisation. La modélisation constitue une autre partie. En effet, la microstructure des TFTs à base de silicium déposé cristallisé nécessite une modélisation particulière. De plus, la conception de circuits complexes à base de ces TFTs nécessite un modèle comportemental de haut niveau. L?objectif est de développer un modèle spécifique de type SPICE pour ces TFTs. Ce modèle doit prendre en compte les réponses statique et dynamique ainsi que la contrainte de vieillissement mécanique, thermique et électrique. La définition d?une coordination efficace est la clé principale du succès de tout projet et en particulier de celui-ci. Une collaboration forte et continue, plus exigeante, est nécessaire. La longue collaboration des années précédentes entre les partenaires sera utile dans cette nécessité. Par ailleurs, des post-docs communs sont prévus. Finalement, l?importance des résultats technologiques attendus nous a poussé à réserver une tâche particulière à leur exploitation.