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Jean-Sébastien DANEL : Ingénieur IEG et ESE - Docteur-Ingénieur (Instrumentation Optique) - Ingénieur au LETI-CEA Grenoble
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le silicium monocristallin est de plus en plus employé pour la réalisation de nouveaux dispositifs mécaniques ultra-miniaturisés. Cet article vise à décrire certaines des techniques permettant l’obtention de telles structures : usinage chimique, gravure sèche, gravure électrochimique, épitaxie, scellement…
Le micro-usinage (de matériaux cristallins ou non) est fondé sur les techniques de fabrication collective, qui ont permis l’avènement des puces circuits intégrés en les rendant très peu coûteuses. Les puces sont réalisées simultanément, ce qui répartit le coût de fabrication entre toutes les pièces.
Au cours des étapes de fabrication des circuits intégrés en silicium, les technologues ont été amenés à utiliser des procédés d’attaque chimique pouvant conduire à la réalisation de formes tridimensionnelles telles que cavités, trous, pyramides, rainures, hémisphères, poutres en surplomb, membranes… Par la suite, d’autres moyens de gravure, plus complexes se sont développés.
Ce principe d’usiner des formes de très petite taille ou avec des précisions très grandes n’est pas limité au silicium, mais peut s’appliquer à d’autres substrats (quartz, germanium, arséniure de gallium…). Le silicium demeure cependant le principal matériau utilisé, du fait de l’accumulation de connaissances issues des technologies de fabrication des circuits intégrés.
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3. Autres matériaux
3.1 Quartz
3.1.1 Structure et intérêt du matériau Positionnement par rapport au silicium
Le quartz monocristallin (à ne pas confondre avec la silice fondue, de structure amorphe, également souvent dénommée quartz de façon abusive) appartient à une classe cristalline caractérisée par un axe de symétrie d’ordre 3, et 3 axes de symétrie d’ordre 2, perpendiculaires au premier et formant entre eux des angles de 120o. Il ne présente ni plan de symétrie, ni centre de symétrie. Les axes de référence (X, Y, Z ) sont souvent choisis tels que X est un des axes d’ordre 2, et Z l’axe d’ordre 3 (figure 16).
Le matériau a pour composition chimique SiO2, chaque atome d’oxygène est lié à deux atomes de silicium, et chaque atome de silicium est lié à quatre atomes d’oxygène. À une température de 573 oC, le quartz subit une modification de structure : il passe d’un quartz α à un quartz β avec une structure hexagonale.
Le quartz est piézo-électrique. Il a été, en fait, le premier matériau piézo-électrique à être largement utilisé et, pour cette raison, ses propriétés sont relativement bien connues, au contraire d’autres matériaux plus exotiques. Cette propriété piézo-électrique est généralement utilisée pour contrôler la fréquence d’oscillateurs ou pour fabriquer des filtres très sélectifs, mais on peut également l’utiliser dans des microsystèmes où le composant de base est un résonateur. Des paramètres externes tels que force, accélération, pression, humidité… peuvent être mesurés au travers d’une variation de la fréquence propre du système.
Une autre propriété intéressante du quartz est le fait que c’est un très bon isolant. Par rapport au silicium, cela peut être un avantage pour la réalisation de microstructures dans lesquelles on désire minimiser les courants de fuite et les capacités parasites. Par contre, on ne sait pas réaliser de circuit électronique sur quartz, et on ne peut donc pas réaliser sur une même...
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BIBLIOGRAPHIE
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