Soutenance de thèse de Flore BOYER

Dans le contexte actuel de la Big Data, la nécessité d'une transmission de données à plus haute densité est de plus en plus critique, puisque la demande en termes d'échange de données n’a cessé d’augmenter depuis les 20 dernières années. De ce fait, des moyens de communication innovants ont inévitablement vu le jour, tels que les dispositifs et interconnexions optiques. Il s’agit de dispositifs tels que des émetteurs (laser) et des récepteurs (photodétecteur), fabriqués à partir de matériaux III-V et intégrés à des circuits Silicium CMOS en 300 mm : c’est ce quoi consiste la Silicon Photonics. Cette dernière offre la possibilité de répondre à la demande croissante en matière d'échange de données, tout en (i) exploitant les avantages offerts par la maturité de la ligne de fabrication Silicium CMOS en 300 mm, tels que la production en grand volume et le faible coût, associés à (ii) l'utilisation de circuits optiques fabriqués à partir de matériaux III-V, garantissant une consommation d'énergie réduite et des puces de haute performance. Dans le cadre de l'optimisation des performances d’un tel circuit, dit optoélectronique, un schéma d'intégration innovant a été développé en collaboration avec STMicroelectronics et le CEA-Leti. Il consiste à intégrer directement l'émetteur III-V, qui est un laser hybride III-V/Si, sur un wafer de silicium dans une salle blanche compatible CMOS de 300 mm. L'un des éléments clés requis par une telle intégration est le développement de contacts compatibles CMOS sur n-InP et p-In0.53Ga0.47As, qui sont les couches de contact n- et p- du laser hybride III-V/Si, nécessaires à la génération et l'amplification du signal optique. L'objectif de cette thèse est ainsi de développer ces contacts innovants, tout en respectant des exigences spécifiques, et permettant l'intégration du laser hybride III-V/Si sur un wafer de silicium via une ligne de fabrication CMOS en 300 mm. Ainsi, l'éligibilité de quatre métallisations, donc de huit systèmes, est étudiée de manière approfondie. Il s’agit des systèmes Ni/InP, Ni/In0.53Ga0.47As, Ni0.9Pt0.1/InP, Ni0.9Pt0.1/In0.53Ga0.47As, Ti/InP et Ti/ In0.53Ga0.47As. Pour ce faire, la séquence de formation de phases, la morphologie des couches, la distribution des éléments et les propriétés électriques des systèmes sont étudiés. Une étude de fiabilité a été parallèlement réalisée sur les différents systèmes, fournissant des informations précieuses et inédites sur l'évolution des propriétés du contact tout au long des étapes de process, telles que le remplissage des plugs en W, le Back-End-Of-Line, ainsi que l'émulation de la contrainte thermique à long terme. Une métallisation prometteuse et fiable, répondant aux différentes exigences est permettant l'intégration du laser hybride III-V/Si dans une salle blanche compatible CMOS de 300 mm est proposée.
 

• Quentin RAFHAY -  MCF -  Université Grenoble Alpes : Directeur de thèse
• Guilhem LARRIEU - Chargé de recherche - CNRS LAAS : Rapporteur
• Khalid HOUMMADA - Professeur - Université Aix Marseille : Rapporteur
• Isabelle SAGNES - Directeur de recherche - CNRS C2N : Examinateur
• Philippe Rodriguez - CEA Leti : Encadrant
• Magali Grégoire - STMicroelctronics : Encadrante
• Christophe Jany - CEA Leti  : Membre invité