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Ils ont fait la technologie en 2014 : en février, Michel Bruel, du CEA-Leti, voit sa technologie grandir

Michel Bruel, a inventé, lorsqu’il était ingénieur au CEA-Leti, le procédé SmartCut qui permet à Soitec de fabriquer ses puces. Soitec annonce le 17 février une nouvelle génération plus puissante de ses systèmes photovoltaïques à concentration (CPV).

Aujourd'hui à la retraite, cet inventeur passionné continue à apporter son expertise auprès de plusieurs entreprises dont Soitec.

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Ils ont fait la technologie en 2014 : en février, Michel Bruel, du CEA-Leti, voit sa technologie grandir
Michel Bruel a inventé au Leti la méthode de découpe des puces en silicium utilisée par Soitec

Passionné de sciences et de technologies, Michel Bruel a passé l'essentiel de sa carrière au CEA-Leti, un laboratoire dédié à l'électronique et aux technologies de l'information. Dans cet écrin au cœur des montagnes grenobloises, il a mis la physique au service du tissu industriel français. Aujourd'hui à la retraite, l'inventeur de la technologie SmartCut, qui améliore l'efficacité énergétique des microprocesseurs, continue à travailler en tant que consultant auprès de PME et de Soitec. Le chercheur a en effet gardé des liens étroits avec la société qui a industrialisé le procédé SmartCut pour la fabrication de semi-conducteurs dédiés à l'électronique, au photovoltaïque, à l'automobile et à l'éclairage

« J'ai toujours plein d'idées. Je suis passionné par le métier », glisse Michel Bruel. Peu loquace quand il s'agit de parler de lui, Michel Bruel est intarissable sur la science. « J'ai un besoin de créer, lié à mon adolescence, je pense. Deux professeurs de physique et de mathématique du lycée Foch, à Rodez, m'ont fait aimer les sciences ».

Une technologie industrialisable en masse

Les outils du CEA-Leti seront le terreau de sa créativité. Il y entre en tant qu'ingénieur après son service militaire. Sa vision décloisonnée de la science, son imagination nourrie par la lecture de Jules Verne – « dans L'île mystérieuse, il y a un ingénieur qui construit des outils à partir de rien » se rappelle-t-il - et son sens de l'effort sont les pivots de sa découverte de la technologie SmartCut.

Dans les années quatre-vingt, à la demande de l'administration militaire, le Leti planche sur la performance des puces électroniques, en misant sur de nouvelles formes de substrat sur isolant (SOI). « Nous avions commencé à travailler sur une première technologie pour fabriquer des SOI, puis nous avons développé la technologie Simox - un procédé qui permet d'obtenir un film de silicium sur isolant - qui a donné lieu à la création de Soitec ». Mais si la technologie, qui évite les interactions et couplages parasites, donc les pertes énergétiques, répond aux critères militaires - plus libres des contraintes de coût que les industriels de l'électronique - elle reste onéreuse.

Michel Bruel rêve d'une technologie SOI industrialisable en masse. « Notre état de l'art Simox était le meilleur au niveau mondial, mais pas compétitif pour une application de masse ». Il s'attelle à la question, pousse des idées ‘‘souvent farfelues’’, et de fil en aiguille donne naissance à la technologie labellisée SmartCut. « En plus d'avoir une double formation, en ingénierie nucléaire et en électronique, j'étais aussi spécialiste en implantation ionique. Ces compétences variées m'ont permis de développer cette technologie ».

De l'idée à la preuve du concept de blistering

L'objectif du procédé est de s'affranchir du silicium massif, traditionnellement utilisé, en obtenant une couche monocristalline de silicium sur une couche mince amorphe isolante, totalement exempte de charges mobiles et permettant donc d'éviter les perturbations dues à leur accumulation. « On savait déjà obtenir une couche amorphe sur une couche monocristalline (semi-conducteur utilisé pour des applications photovoltaïques, ndlr), mais il n'y avait pas de méthode évidente pour obtenir le contraire à grand rendement, à coût abordable pour une industrialisation », détaille le chercheur.

Ses connaissances en implantation ionique et en ingénierie nucléaire, combinées à sa curiosité scientifiques lui donnent une idée. « Je connaissais le phénomène de blistering. Il s'agit de formation de cloques pendant le bombardement d'ions (hydrogène H+) ». Un blister est une couche mince de silicium de dimensions micronique, de bonne qualité mais déformée. Michel Bruel se pose alors la question : comment créer un blister qui se soulève de façon homogène sur toute la surface ? « Je me suis dit que si c'était possible, d'autres l'auraient fait avant moi, mais j'ai quand même tenté de faire la manipulation. Je me suis débrouillé avec de vieux équipements, qui m'ont permis de faire une première expérience. Ils n'étaient pas très productifs, mais on pouvait bricoler dessus. J'ai fait mes calculs, et l'expérience a marché du premier coup », se remémore-t-il. « On fait alors une implantation ionique dans les conditions où les blisters n'apparaissent pas. On applique sur la couche un raidisseur, qui empêche la surface de se soulever. On fait un collage entre les deux surfaces, les atomes de chacune établissent des liaisons avec les atomes de l'autre. Le raidisseur est ainsi relié à la plaque de dessous qui a été implanté par des ions. On active ensuite thermiquement le phénomène de blistering ».

En plus de fabriquer du silicium de bonne qualité, le procédé est industrialisable. Il utilise des implantateurs d'ions existants, des équipements standards de la microélectronique, et a la caractéristique d'être souple. « On peut modifier l'énergie des ions pour choisir l'épaisseur de la couche monocristalline, (pour 100 keV on obtient 0,8 micron, ndlr) ». En 1985, Michel Bruel fait une première annonce scientifique, le procédé est industrialisé dans les années qui suivent par la société Soitec. Autant qu'une prouesse technique, le développement de la technologie SmartCut, devenue l'un des piliers de la production de Soitec, est selon Michel Bruel, un exemple de réussite de la mission du CEA, puisqu'il a aidé le tissu industriel français, et généré des centaines d'emplois.

Sophie Eustache

La maîtrise du blistering

Pour limiter les pertes énergétiques liées à l'accumulation de charges mobiles, le procédé SmartCut mise sur le dépôt d'une couche monocristalline sur une couche isolante. Des protons extraits d'un plasma sont accélérés par un champ électrique résultant d'une tension de 100 000 volts. Ils arrivent sur la cible à une vitesse de quelques milliers de kilomètres par seconde et pénètrent dans le cristal. La pénétration des ions crée des cloques microscopiques, les blisters. Pour éviter la déformation de la couche superficielle monocristalline, celle-ci est renforcée par un raidisseur, qui empêche la surface de se soulever. Le phénomène de blistering est activé thermiquement, ce qui permet d'obtenir une couche monocristalline qui se soulève de façon homogène.

 

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