Nouveaux films getter à base d'yttrium pour l'encapsulation sous vide de MEMS – Get-Yt

Les capteurs thermiques de hautes performances, comme les micro-bolomètres de matrices de caméra IR, ou les micro/nanorésonateurs à fort facteur de qualité (horloges de référence, capteurs inertiels…) sont encapsulés dans des micro-boitiers qui doivent rester sous vide poussé (=10-3 mbar) pendant au moins 10 ans, de manière à limiter les pertes thermiques ou les pertes viscoélastiques. Dans un procédé de soudure basse température au niveau du wafer (wafer-level packaging), cela est obtenu par l'utilisation de joints de soudure métalliques étanches et par l'intégration dans la cavité d'un film getter capable de piéger les gaz désorbés et les fuites. Le film getter doit être activé thermiquement, pendant ou après la soudure, pour faire diffuser dans le volume les espèces passivant la surface (oxygène, azote, hydrogène) de manière à rendre cette dernière réactive. Le projet propose d'étudier de nouveaux matériaux en couches minces présentant des propriétés getter compatibles avec les prochaines générations de MEMS encapsulés sous vide.
Il implique 3 laboratoires académiques (C2N, IM2NP and CEMHTI), qui ont des savoir-faire complémentaires respectivement en technologie MEMS, caractérisation par rayons X et analyse par faisceau d’ions, ainsi que l'entreprise ULIS, leader européen de la fabrication d'imageurs infrarouge non refroidis pour des applications civiles et militaires.

Dans le cadre de ce projet, nous proposons :
(i) de répondre au prochain défi de l'industrie du packaging, c'est-à-dire de proposer un getter capable d'absorber l'hydrogène et les hydrocarbures à basse température, grâce à une nouvelle famille de matériaux à base d'yttrium
(ii) de développer des techniques de caractérisation in-situ des getter en fonction de la nature de l'environnement, de la température et de la pression, en particulier : la microstructure et les propriétés mécaniques (DRX), l'analyse de surface (XPS), la diffusion en volume d'O, N et H (RBS-NRA-ERDA) et la mesure de capacité et de cinétique de sorption (bâti UHV multi-chambre dédié développé au C2N)
(iii) de modéliser les phénomènes de diffusion et de sorption en fonction des propriétés physico-chimiques des matériaux, ce qui posera les bases de futures études sur les getter.
(iv) de valider les résultats par l'intégration de films dans des encapsulations, à l'aide d'un procédé industriel permettant le suivi de la pression dans la cavité et l'analyse des gaz résiduels contenus dans cette cavité.
(v) de valoriser les résultats par des publications, des brevets et/ou le transfert de la technologie dans l'entreprise ULIS.
Au-delà des résultats scientifiques attendus au cours du projet, le consortium formé sera une réelle opportunité de créer en France un pôle d'expertise sur les matériaux getter, dont les compétences iront de la compréhension des phénomènes jusqu'à l'intégration, en passant par la caractérisation.