Les diamants sont les meilleurs amis… de la microélectronique
Le diamant dispose d'un module de Young élevé (le rapport entre la contrainte et la déformation élastique réversible), ce qui permet de fabriquer des résonateurs à très haute fréquence avec un facteur de qualité élevé. De plus, le diamant nanocristallin est compatible avec les techniques de fabrication des CMOS sur silicium, un grand avantage par rapport à beaucoup d'autres matériaux utilisés dans les MEMS. Des scientifiques ont lancé le projet DIAMEMS («Microelectromechanical systems from nanocrystalline diamond»), financé par l'UE, afin d'optimiser la croissance et la planarisation du diamant nanocristallin. Le fait de fabriquer du diamant nanocristallin lisse, continu, couvrant de grandes surfaces et disposant des mêmes propriétés que le diamant massif réduirait le coût des dispositifs utilisant ce dernier. Ceci pourrait aussi conduire à de nouvelles applications hors du domaine des MEMS, comme les revêtements tribologiques. L'utilisation d'une nucléation optimisée dans le cadre d'un dépôt en phase vapeur à température modérée (400 degrés Celsius) a conduit à des films uniformes de diamant nanocristallin, épais de 30 nm. La planarisation via polissage chimio-mécanique a abouti à une rugosité très faible, et le processus a été publié dans une revue de haut niveau. Les chercheurs ont utilisé deux méthodes pour intégrer du nitrure d'aluminium (une céramique très utilisée en microélectronique). La première, plus classique, a consisté à le faire croître sur la surface polie de diamant nanocristallin. Elle a conduit à des dispositifs à onde acoustique de surface (souvent utilisés comme filtres ou oscillateurs à haute fréquence) fonctionnant à plus de 15 GHz. Ces dispositifs permettent de réaliser des capteurs de pression d'une grande précision et résistant à des environnements sévères, et leur présentation s'est traduite par un investissement d'une importante société des télécommunications. Cette approche a conduit à trois autres publications. La seconde méthode a consisté à moduler la différence de tension entre la surface des sites de nucléation du diamant nanocristallin et la solution de dépôt en masse (le potentiel zêta). Le fait de se passer de l'étape de planarisation réduit considérablement les coûts. Cette méthode a produit des MEMS fonctionnant à haute fréquence. Les travaux sur le nitrure d'aluminium et le diamant nanocristallin ont conduit à six publications. Le dopage ou l'ajout d'impuretés comme le bore peut aussi rendre supraconducteur le diamant nanocristallin, pourtant l'un des meilleurs isolants électriques. L'étude de ce phénomène dans le cadre de MEMS a conduit à un nanorésonateur supraconducteur et à une autre publication. Le projet DIAMEMS a pleinement démontré tout l'intérêt du diamant nanocristallin en électronique, ouvrant la voie à d'importantes réductions de coût dans plusieurs domaines. Comme le montre l'investissement industriel dans la poursuite du développement, ces résultats auront un important impact socioéconomique.
Mots‑clés
Diamant nanocristallin, systèmes microélectromécaniques, MEMS, planarisation, semi-conducteurs