MICROTECHNOLOGIES

L'activité du groupe Microélectronique couvre deux champs complémentaires de recherche centrés sur les technologies avancées d'intégration pour le packaging et pour la conversion d'énergie thermoélectrique ainsi que la conception de circuits intégrés RF et millimétriques pour les télécommunications. Ces équipes de recherche d'ISEN-Lille sont intégrées à l'Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - IEMN UMR CNRS 8520 www.iemn.fr. (En savoir plus sur les recherches du domaine)

Technologies pour l'électronique flexible et la conversion d'énergie

Deux lignes de recherche sont poursuivies dans le domaine des technologies non conventionnelles de micro et nanofabrication. La première rentre dans le cadre de la thématique émergente ‘System Moore’. Le fondement de cette thématique est basé sur l’observation que si les composants intégrés (puces microélectroniques) ont bénéficié d’une réduction de surface sans précédent (~1000) durant les 50 dernières années, la compacité des systèmes est loin d'avoir atteint les mêmes sommets en accusant une réduction d'un facteur 5 seulement. Il s'agit donc ici de produire les gains en fonctionnalité, performance et compacité au niveau du système global par intégration hétérogène de composants faisant de l’encapsulation des composants non simplement un objet de protection mais dorénavant une partie intégrante et fonctionnelle des systèmes électroniques, photoniques, et thermiques. Un exemple emblématique est le développement d’un interposeur de verre permettant d’intégrer dans le même micro-système toutes les fonctionnalités d’un émetteur-récepteur électro-optique. Ce type de système préfigure le câble USB optique ultra haut débit de demain.

Cette ligne de recherche exploite pleinement les savoir-faire développés récemment dans le domaine de l'électronique flexible ultra-mince et haute-performance ainsi que les nouveaux outils de structuration laser (usinage, découpe, perçage) mis en place dans le cadre du projet EQUIPEX LEAF. Cette activité est progressivement monté en puissance dans le cadre du projet Phare de l'IEMN sur l’Électronique Flexible dont la structuration s'est successivement organisée autour du projet CPER-CIA (Campus Intelligence Ambiante), du projet Equipex LEAF, le support FEDER au projet Equipex LEAF, et le laboratoire commun STMicroelectronics-IEMN (Projet NANO2017).

La seconde activité concerne le développement de convertisseurs thermoélectriques innovants et compatibles avec la filière CMOS. Pour cela, une approche d'ingénierie phononique vise à élever artificiellement, par une structuration nanométrique, les performances thermoélectriques du silicium. Il s’agit d’exploiter des effets de diffusion des phonons pour réduire la conduction thermique sans altérer les propriétés électriques du matériau. A terme, cette technique permettra de remplacer les matériaux thermoélectriques peu respectueux de l’environnement par le silicium. Une seconde approche est basée sur l'émission thermoélectronique entre des électrodes présentant un faible travail d’extraction et séparées par un espace vide de taille micrométrique. Enfin l’équipe développe des outils pour la métrologie thermique aux petites échelles. Ces activités sont soutenues par l’European Research Council (Projet UPTEG), le laboratoire Commun STMicroelectronics-IEMN (Projet NANO2017) et l’ANR (Projet TIPTOP).

Conception de circuits intégrés

L'activité de recherche en conception de circuits intégrés est centrée sur l’étude, la conception et la démonstration d’architectures innovantes appliquées à deux domaines particuliers : les systèmes de communications radiofréquences (RF) et les systèmes intelligents embarqués pour la détection et la classification de données. La philosophie de la recherche menée est de tirer parti des technologies CMOS avancées (des nœuds 90nm jusqu’au 28nm) afin de proposer des avancées significatives aux niveaux des systèmes, des sous-blocs ou au niveau transistor. Pour les transmetteurs et récepteurs sans fils, nous essayons d’intégrer un maximum de fonctionnalités numériques, soit en corrigeant les défauts des blocs analogiques, soit en remplaçant ceux-ci. Les challenges et objectifs pour les systèmes de communications de demain concernent la consommation d’énergie (afin d’offrir des durées de vie sur batterie plus longues), la configurabilité (afin d’être capables de s’adapter à différents standards et besoins), les débits de données échangées toujours croissants et l’intégration des systèmes (dans l’optique d’offrir des objets mobiles toujours plus surprenants). En ce qui concerne les systèmes intelligents embarqués, nous nous attachons à réduire la surface et la consommation afin de pouvoir intégrer ces systèmes au plus proche des capteurs dans un budget énergétique très contraint. Par exemple, nous travaillons sur des systèmes de détection de caractéristiques de signaux audio afin de déterminer si une voix est présente ou si un certain mot a été prononcé. Les techniques mises en œuvre sont l’utilisation de traitement de signal event-driven (déclenché par l’activité du signal) et l’implantation intégrée de réseaux neuronaux pour la classification basse consommation. Pour tous les projets, les moyens mis en œuvre comprennent tous les aspects de l’étude de principe, à la mesure de prototypes, en passant par la conception des circuits.