Micro/nano et optoélectronique

Les actions de recherche, regroupées dans cet axe, correspondent aux études sur les composants avancés dans les domaines de la micro et nanoélectronique, de l’optoélectronique et de la photonique. Nous sommes aujourd’hui encore loin d’atteindre les limitations technologiques concernant les dimensions, la diversité des matériaux et des architectures mais aussi les aspects de co-intégration en général. Par ailleurs, ce secteur de recherche est en pleine phase de mutation où les différentes disciplines (électronique, optique, électromagnétisme, chimie, biologie) fusionnent pour générer de nouvelles avancées. Ces actions, résolument orientées vers le moyen et le long terme, répondent parfaitement aux critères stratégiques et économiques nationaux et européen. En effet, l’ensemble de ces travaux est soutenu par les programmes de recherche nationaux (ANR PNANO, TELECOM) et européens (FP6&7, ESA….).

Pour la micro et nanoélectronique, les principaux objectifs gravitent autour des nouvelles avancées technologiques, telles que les nano-composants ou encore l’électronique organique, et de la montée en fréquence en visant des critères de faible bruit (amplification faible bruit, détection..) ou de puissance (amplification de puissance, génération….). Les études concernent le développement et l’optimisation des procédés technologiques, les simulations et les caractérisations physiques et électriques. Les dispositifs à base de matériaux III-V sont fortement représentés dans cet axe de recherche, toutefois des actions spécifiques sont menées autour des technologies alternatives Silicium. Dans ce domaine des micro- et nano-technologies, des avancées reconnues au plan international ont été obtenues sur le thème des matériaux artificiels (métamatériaux) et leurs applications micro-ondes, submillimétriques et optiques. Les deux principales approches technologiques sont abordées dans ces activitées : l’une consiste à atteindre les dimensions nanométriques (‘top-down’) ; l’autre, l’assemblage de nano-objets (‘bottom-up’). Cette dernière catégorie correspond à la réalisation de transistors hautes fréquences à base de nanotubes de carbone ou encore la croissance de fils (ou film) de silicium dans des nano cavités diélectriques.

Pour l’optoélectronique, les actions se situent principalement autour de la réalisation des fonctions rencontrées en optique/optoélectonique intégrée dédiée aux communications fibrées : photodétection, commutation et émission laser. Elles visent de nouvelles déclinaisons de ces fonctionalités appliquées au domaine de l’optique microonde alliant donc le transport/traitement de signaux microondes par voie optique : transducteurs opto-hyperfréquences spécifiques, commutateurs intégrés rapides. Les longueurs d’onde sont alors celles des télécommunications optiques, les critères de conception tels la rapidité, le faible bruit, la forte puissance, la faible consommation, les faibles pertes optiques, ….., sont alors pris en compte en fonction de l’application envisagée. Le domaine de longueurs d’onde s’est aussi étendu à l’infrarouge lointain par l’étude des lasers à cascade quantique et des phénomènes de photomélange dans un photodétecteur ultra-rapide et dans le domaine de X-UV à partir des matériaux à large bande interdite. Toutes ces actions doivent pouvoir tirer parti des efforts consacrés à la nanotechnologie optique à base de cristaux photoniques, métamatériaux, ou microguides qui est parallèlement développée et qui confère de nouveaux aspects de compacité ou d’efficacité à ces dispositifs. Une action a également été initiée sur la génération optoélectronique de fréquences térahertz (THz). L’approche choisie est basée sur des photodétecteurs ultra-rapides associés à des antennes. Des techniques de caractérisations fréquentielles et temporelles sont également développées dans cette gamme de fréquence.