GRavures Anisotrope INnovantes pour filières Emergentes de photodétecteurs CdHgTe – GRAINE

* Pour raison de confidentialité ce résumé n'est pas la copie intégrale de celui du document scientifique

Le projet GRAINE se place dans le cadre des recherches visant à faire émerger les futures générations de détecteurs infrarouge à base de CdHgTe, fonctionnant à plus haute température, avec amplification du signal, ou détectant dans plusieurs gammes de longueurs d’onde, rejoignant en cela les objectifs scientifiques du domaine « Photonique » définis dans le POS 2010 de la DGA.
Ce projet a pour ambition de faire progresser les technologies de gravure en plasma dense des matériaux CdHgTe, afin de contribuer au développement des photodétecteurs IR de troisième génération. Ces nouveaux dispositifs nécessitent de savoir réaliser des motifs de dimension micrométrique, de géométrie parfaitement contrôlée, dans un empilement de couches minces de CdxHg1-xTe de composition (x) variable et sur plusieurs micromètres de profondeur. La gravure par plasma des matériaux CdHgTe apparaît comme une étape incontournable, prometteuse, mais encore incomplètement maîtrisée. En effet les procédés de gravure mis en œuvre aujourd’hui induisent des défauts, qui pénalisent les performances des dispositifs : dégradation physique et chimique des matériaux (modification de la stœchiométrie, rugosité de surface, dégradation électrique) ; gravure non anisotrope, dépendant du facteur de forme, et de la nature du masque.
Nous proposons de lever ces verrous technologiques, avec comme ligne de conduite de rester dans des solutions intégrables sur un équipement industriel sans modification majeure de celui-ci. Pour atteindre cet objectif nous proposons d’explorer des procédés plasmas innovants. Il s’agira notamment :
- de trouver des voies en rupture avec les procédés actuels,
- d’étudier l’intérêt de nouveaux mélanges gazeux pour leur potentialité à permettre une ingénierie de protection des flancs des structures,
- d’étudier comment ces nouvelles voies permettent de contrôler des profils de gravure anisotropes, quels que soient les dimensions et facteurs de forme des motifs à fabriquer.
La stratégie développée s’articule autour de deux axes complémentaires : la compréhension des mécanismes de gravure en présence de motifs (et non pas simplement sur des surfaces plein champ) et le développement d’un procédé de gravure anisotrope ou avec des flancs de pente parfaitement maîtrisée. Elle s’appuie sur des moyens d’analyse du plasma et sur la caractérisation des surfaces gravées en fonction des paramètres du procédé.

Ce projet est proposé par deux laboratoires : l’Institut des matériaux Jean Rouxel (IMN) – CNRS/Université de Nantes et le département d’Optronique (DOPT) du CEA-Leti, qui collaborent depuis 2002 sur la gravure des matériaux CdHgTe en plasma à base de méthane/hydrogène.
En conclusion GRAINE est un projet de recherche exploratoire à finalité appliquée. Sa mise en œuvre enrichira les connaissances de l’IMN et du Leti/DOPT sur les mécanismes de gravure des matériaux CdHgTe, ainsi que leur savoir-faire sur les procédés de gravure de ces composés. Les investissements réalisés en équipement accroîtront les moyens de l’IMN en termes de procédés et de diagnostic des plasmas. Les nouvelles connaissances et savoir-faire seront directement exploitables par les partenaires dans le cadre des autres projets en cours et à venir.
Enfin il faut souligner sa démarche ambitieuse qui vise à s’engager dans de nouvelles voies de gravure plasma du CdHgTe, inexistantes dans la littérature consacrée à ce sujet, et qui pourraient permettre de lever un verrou technologique majeur de la fabrication des photodétecteurs en CdHgTe. Ceci ouvrirait des possibilités dans toutes les filières émergentes permises par la maîtrise récente de l’ingénierie de bande de ce matériau.