Dans l’usine de Riber, l’épitaxie MBE ouvre la voie aux semi-conducteurs de demain

Sur les trois manières de faire l’épitaxie – l’étape de croissance de semi-conducteur sur les plaques de substrat – celle à base de jet moléculaire est la plus précise, mais également la plus complexe. Seuls deux fournisseurs dans le monde fabriquent des machines capables d’opérer ainsi, dont Riber. Cap sur cet acteur majeur du semi-conducteur européen, localisé en Île-de-France qui nous a ouvert les portes de son usine.

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Dans l’usine de Riber, l’épitaxie MBE ouvre la voie aux semi-conducteurs de demain
Machine MBE à destination de la recherche

Dans les locaux du site de production de Riber, à Bezons (Val d’Oise), l’odeur de plastique chaud et de métal pique le nez. Installées dans des salles hautes de plafond – à mi-chemin entre l’entrepôt et l’atelier –, des machines sont assemblées pièces par pièces. Capables de faire croître sur des plaques de silicium des couches de semi-conducteur de quelques nanomètres d’épaisseur avec un jet moléculaire, leurs prix va de 1 à 3,5 millions d’euros. Un coût élevé pour des équipements ultra précis, conçus pour répondre à un processus complexe : l'épitaxie.

« Il y a un facteur de 1 sur 100 millions, commente Jean-Christophe Eloy, PDG du cabinet de conseil Yole Developpement. Apposer une couche de deux nanomètres de semi-conducteur sur une plaque de silicium de 200 millimètres, c’est comparable en termes d’échelle à recouvrir un terrain de football avec une bactérie. » Des trois procédés d’épitaxie mis au point, le jet moléculaire (MBE pour Molecular Beam Epitaxy) - spécialité de Riber est le plus précis. Seuls deux constructeurs vendent actuellement des machines capables de réaliser cette technique.

Une architecture complexe

Celles produites par Riber se décomposent ainsi : une large enceinte, équipée d’un panneau cryogénique, sur laquelle se greffent à sa base de multiples cylindres appelés cellules. Le tout a l’aspect d’une invention échappée des pages d’un Jules Vernes. La plaque de substrat vient reposer au centre de l’enceinte, sous vide, attendant de recevoir les fines couches d’aluminium, gallium ou arsenic. Ces derniers sont maintenus à l’état de vapeur d’atome dans les cellules chauffé entre 800 et 1200 °C. Un simple cache retenant les atomes de passer d’un espace à l’autre.

Les structures métalliques sont pour la plupart faites de tantale. « C’est un matériau qui supporte des températures jusqu’à 1800 °C, explique Philippe Ley, PDG de Riber. On part de la taule de tantale, que l’on façonne, avant de la forer et la souder. » Chacune de ces étapes est faite à la main. De la même façon, dans les ateliers d’assemblage, chacun des petits composants est ajouté à l’unité. La plus grosse des machines que propose Riber, comptant plus de 6 000 pièces et à destination industrielle, représente près de 10 mois d’assemblages. Les modèles plus modestes, à destination de la recherche, demandent tout de même deux mois de travail.

La MBE, au coeur des innovations ?

Majoritairement utilisée pour les semi-conducteurs à destination des télécommunications, la MBE est l’une des pistes de choix pour la photonique sur silicium, les diodes lasers (VCSELs) ou encore la recherche de matériaux supraconducteurs pour les ordinateurs quantiques. « Tous ces projets sont à des échelles différentes. La nouvelle génération de machine MBE pour les VCSELs, c’est aujourd’hui, les semi-conducteurs composés, réactifs à la lumière, c’est plutôt demain, tandis que le quantique, c’est dans dix ans. », approxime Philippe Ley.

« Il va y avoir dans les prochaines années une augmentation de la demande de semi-conducteurs dans l’ensemble des filières qui les exploites aujourd’hui. » affirme Jean-Christophe Eloy. Et ces filières d’application, il n’en manque pas : de la voiture autonome au cloud computing, en passant par la numérisation de la santé, beaucoup de domaines ont une demande accrue, une tension qui ne peut qu’exacerber par la pénurie actuelle de semi-conducteurs.

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