Pourquoi le CEA-Leti met-il de plus en plus l’accent sur la photonique sur silicium ?
Au tout début de ses recherches sur cette technologie, il y a vingt ans, le Leti s’était focalisé sur les communications [ou datacoms, ndlr]. Mais il y a cinq ans environ, on s’est rendu compte que les briques technologiques que nous avions développées – guides d’ondes, modulateurs... – pouvaient avoir d’autres usages : mesurer des distances pour un lidar, détecter des composés biochimiques pour un capteur de gaz ou encore réaliser des calculs. Le potentiel applicatif et commercial de la photonique sur silicium nourrit notre réflexion sur son évolution et son déploiement sur le marché.
Comment cette démarche se traduit-elle concrètement dans vos recherches ?
Cette thématique est supervisée par Bertrand Szelag et s’appuie sur un vivier d’experts. La photonique sur silicium interagit avec les autres activités et programmes de recherche du Leti, que ce soit dans la microélectronique, les architectures de calcul, la santé, les télécoms... Bien que ce soit une technologie pointue, elle va devenir progressivement une boîte à outils, au même titre que l’électronique aujourd’hui, qui servira à de multiples applications. À titre d’illustration, le CEA-Leti a fondé, en 2018, Scintil Photonics, qui développe des circuits photoniques sur silicium avec des lasers et des amplificateurs optiques intégrés. Cette société grenobloise a levé 13,5 millions d’euros en 2022.
La filière mûrit, d’autant plus que la demande des clients finaux progresse
La filière se met-elle en ordre de marche ?
Les investissements deviennent notables et les fonderies commerciales commencent à adopter des pratiques analogues à celles de l’industrie microélectronique. Ainsi, Tower Semiconductor [une fonderie israélienne, ndlr] propose désormais des lots de fabrication de circuits de photonique sur silicium dédiés ou partagés. Grâce à ces lots, des PME ou des laboratoires mutualisent des coûts pouvant atteindre 1 million d’euros. Par ailleurs, des outils comme les PDK [process design kit, qui servent à concevoir les circuits, ndlr] continuent à se développer. Voilà des signes qui montrent que la filière mûrit, d’autant plus que la demande des clients finaux progresse. Les datacoms resteront la locomotive pendant quelques années encore, mais les volumes sont également prometteurs pour les capteurs, notamment les lidars, ou encore le calcul quantique.
Quelles sont les pistes d’amélioration pour rendre cette technologie incontournable ?
Une puce photonique sur silicium ne fonctionne pas seule. Elle s’interface à de l’électronique, parfois à des capteurs ou à des sources lumineuses par l’intermédiaire de fibres. Les connexions électriques habituelles en microélectronique se doublent donc de connexions optiques. Mais les technologies d’alignement et de positionnement de ces fibres ne bénéficient pas encore d’un niveau de maturité suffisant pour une production à gros volume. Pour que le rendement progresse, l’amélioration de ces procédés d’assemblage (packaging) demeure un défi en matière d’ingénierie. La photonique sur silicium se trouve dans une situation comparable à celle de la microélectronique dans les années 1970, mais elle évoluera beaucoup plus rapidement.
