Innovations en microfabrication pour la production de circuits à très hautes fréquences et ajustables

Au cours des dernières années, deux tendances importantes dans le domaine des micro-ondes ont été l'augmentation de la fréquence d'opération et l'intégration de plusieurs fonctionnalités dans un même dispositif. Ces changements ont généré des défis nouveaux, principalement liés à l'utilisation d'éléments ajustables intégrés et à la difficulté de fabrication de circuits dont les dimensions critiques sont très fines. Deux pistes de solution sont présentées dans cette thèse : le recours à des éléments ajustables à base de matériaux ferroélectriques intégrés au substrat et l'utilisation d'un procédé de fabrication innovateur à base de pâtes photoimageables mises en forme en couches épaisses pour la fabrication de circuits en trois dimensions. Le matériau ferroélectrique choisi est le titanate de baryum et strontium, noté BaxSr1-xTiO3, ou plus simplement BST. Comme tous les ferroélectriques, sa permittivité varie en fonction d'un champ électrique externe appliqué. Pour déposer ce matériau, la pulvérisation RF est utilisée. L'analyse par diffraction rayons X confirme la nature cristalline des couches minces de BST, alors qu'une mesure par rétrodiffusion de Rutherford semble indiquer une légère déviation par rapport à la stœchiométrie prévue. Une lacune en titane est identifiée comme étant la source probable de cette variation. En ajoutant du titane comme dopant diffusé dans la couche de BST, ses propriétés électriques se trouvent améliorées pour des concentrations de titane excédentaire de 2-5 % en volume. Les couches minces de BST optimisées présentent une ajustabilité de 35 % sous un potentiel de 20 V. Pour réaliser ces mesures, des condensateurs à plaques parallèles sont utilisés. La dépendance de la tangente des pertes en fonction du champ appliqué est aussi mise en évidence. Une fois les couches minces de BST suffisamment performantes, un déphaseur variable est conçu et fabriqué. Ce déphaseur prend la forme d'un filtre passe-bas en technologie de guides coplanaires chargé de condensateurs ajustables en parallèle. Le déphaseur variable présente une figure de mérite de 36 º/dB avec un potentiel d'activation de 20 V, ce qui le place en milieu de peloton pour la figure de mérite, mais parmi les premiers pour le potentiel utilisé. Toutefois, un grand déplacement de la fréquence d'opération indique que les propriétés électriques du BST changent en variant l'épaisseur du dépôt. Les pâtes photoimageables permettent des résolutions latérales d'environ 20 µm et des épaisseurs du même ordre.