UTILISATION DES SEMICONDUCTEURS GRAND-GAP DANS DES NOUVELLES TECHNOLOGIES EMERGENTES: CAPTEURS, OPTOPHOTONIQUES ET TECHNOLOGIES QUANTIQUES

Les semiconducteurs à large bande interdite ou grand-gap, comme le carbure de silicium (SiC) et le nitrure de gallium (GaN) sont aujourd'hui exploités à une large échelle par les industriels de la filière électronique de puissance. La commercialisation des dispositifs discrets type diodes Schottky et plus récemment transistors MOSFET avec des performances inimaginables en silicium ont permis de montrer le potentiel de ces matériaux pour cette filière. Nous sommes arrivés à une maturité technologique (taille substrats et densité de défauts) grâce à des recherches fondamentales qui ont été menées y compris et surtout en France depuis 25 ans. Aujourd'hui ces recherches s'orientent dans ces matériaux vers des architectures de plus en plus complexes pour améliorer les performances individuelles des dispositifs et créer des nouvelles fonctionnalités à travers des systèmes intégrés. On s'intéresse aussi à d'autres semiconducteurs de la même famille (diamant, AlN, Ga2O3, ZnO…). Au-delà de cette filière des dispositifs de puissance, aujourd'hui ces matériaux suscitent un intérêt accru pour d'autres applications: capteurs sous environnements sévères par prédilection mais pas seulement, éclairage par des dispositifs optoélectroniques, technologie quantique… La maturité technologique de certains comme le SiC et le GaN et la complémentarité d'autres permettent d'envisager d'intégrer sur les même puces ces nouvelles fonctionnalités avec une électronique embarquée. Dans la recherche de ces matériaux pour l'électronique de puissance nous avons une communauté motrice bien structurée et identifiée dans le cadre de différents réseaux nationaux et internationaux, une partie davantage proche de la physique et la technologie de ces matériaux et l'autre davantage sur la mise en systèmes électroniques de ces dispositifs qui continuera de profiter des investissements et des demandes des industriels « end-users ». D'autre part il existe d'autres communautés, pour certaines d'entre elles bien plus récentes, focalisées sur les nouvelles applications de ces matériaux. Enfin notons celle proche de l'élaboration de ces matériaux fournisseurs en couches et substrats. Les domaines applicatifs distincts font que ces communautés scientifiques ne se connaissent pas assez et une des causes est la barrière des compétences qui ne sont pas les mêmes. Pour imprégner une dynamique constructive dans les recherches pour ces nouvelles applications émergentes, éviter le retard et profiter d'un savoir-faire encore présent, il est important que ces communautés arrivent à travailler davantage ensemble vers une synergie et que chacun se comprenne suffisamment. C'est objectif formation de cette école thématique, à travers laquelle on aboutira à des reconversions thématiques pour certains, réorienter des compétences vers ces nouvelles applications et récupérer des nouvelles forces vives à travers les doctorants et autres non-permanents que nous formons. L'école thématique est un outil idéal qui permet de concentrer des formations accélérées visant des reconversions thématiques des permanents et l'acquisition de nouvelles compétences à la fois pour les permanents et nos jeunes doctorants, post-doctorants et autres non-permanents. Pour ces derniers d'autres types de formations existent (y compris pour les matériaux grand-gap comme dans le cadre du réseau/projet GaNeXT) mais qui ne s'adresse pas à la formation des permanents. Les axes de ce programme se veulent à la fois complémentaires tout en se basant sur un socle commun autour de ces grand-gaps et leur technologie au sens large (élaboration et fabrication de dispositifs) qui permettra à chacun de se retrouver. Ainsi des briques technologiques seront mises en évidence pour améliorer les performances de ces nouveaux dispositifs, des procédés utiles transférables d'une technologie à une autre permettant de comprendre et mettre en valeur des phénomènes fondamentaux fonctionnels. Les grands axes seront: - Croissance et élaboration des matériaux grand-gaps, méthodes classiques et alternatives - Capteurs sous environnements sévères (température, neutrons, radiations, milieux corrosifs) - Autres capteurs: bio et électrochimiques, pour la ville, sécurité - Technologies quantiques et "centres colorés", génération, confinement, mise en résonance - Technologie MEMS et NEMS grand-gaps - Hétérostructures grand-gap, gaz 2D, effet piézoélectrique - Packaging, isolation, report de couches ou puces - Dispositifs photoniques et contrôle optique, effets plasmoniques - Architectures nouvelles des dispositifs de puissance, défis technologiques - Intégration monolithique de dispositifs et fonctionnalités, vers une électronique embarquée