Croissance sélective de GaN sur hBN structuré pour le transfert de MEMS sur substrats souples – FLEXIGAN

Le projet FlexiGaN vise à mettre en œuvre et à optimiser la croissance sélective de couches et d’hétérostructures III-N sur du nitrure de bore hexagonal (hBN) structuré afin de fabriquer des systèmes électromécaniques (MEMS) de haute qualité mécanique à reporter sur substrats souples.
De par ses propriétés uniques, à savoir qualité cristalline intrinsèque élevée, faible réactivité chimique, propriétés piézoélectriques et piézorésistives et la présence d'un gaz bidimensionnel à l'interface nitrure de gallium (GaN)/AlGaN utiles pour la mise en œuvre de moyens de transduction à haute efficacité, l'utilisation d'hétérostructures GaN permet d’ouvrir la voie à une nouvelle classe de capteurs MEMS flexibles pour des applications type capteurs implantables ou pour conditions extrêmes.
Le procédé innovant proposé dans FlexiGaN est basé sur la méthode d'épitaxie sélective de van der Waals, un concept proposé par le laboratoire de recherche international Georgia Tech-CNRS et démontré pour la première fois en 2019. La croissance sélective de couches III-N sur hBN évite toute étape de gravure utilisée classiquement pour réaliser des géométries complexes MEMS et permet de décoller et de transférer mécaniquement des hétérostructures III-N sur un autre substrat, éventuellement flexible. Cette technique peut donc permettre de réduire la quantité de matière utilisée dans la fabrication des MEMS et modifie complètement le post-traitement nécessaire après croissance, car les dispositifs peuvent être récupérés individuellement sans un décollage au laser ou une gravure du substrat.
Ce procédé a été utilisé pour isoler des puces individuelles sur un substrat, mais pas encore pour la réalisation directe de structures mécaniques à géométrie micrométriques bien définies. Nous nous proposons donc d’adapter cette méthode d'épitaxie à la fabrication en une seule étape de MEMS et nous étudierons l'influence des procédés de croissance et de transfert sur les propriétés mécaniques et électriques des couches semi-conductrices. Comme preuve de concept, nous proposons de réaliser un résonateur MEMS en GaN sur substrat flexible qui sera utilisé comme capteur de gaz reposant sur la mesure des propriétés physiques du gaz ce qui élimine le besoin d'une couche sensible.
Pour relever les défis soulevés par le projet FlexiGaN, nous avons réuni un consortium interdisciplinaire et expérimenté avec des compétences complémentaires en épitaxie en phase vapeur aux organo-métalliques (IRL GT-CNRS), en fabrication microélectronique (Institut Lafayette), en électronique analogique (LAAS-CNRS), et en modélisation, caractérisation des MEMS et leur application à la détection de gaz (IMS).