Development of passive circuits in nanowire-membrane technology in millimeter wave frequencies : application to functionalized interposer

Réalisation de circuits passifs en technologie membranes à nanofils (MnM) en bande millimétrique : application à des interposeurs fonctionnalisés Ce travail vise à développer des circuits passifs en ondes millimétriques dans l'interposeur appelé MnM - metallic nanowire-filled membrane. Cet interposeur s'inscrit dans le contexte où la miniaturisation des circuits passifs due à la haute fréquence de fonctionnement (environ supérieure à 10 GHz jusqu’à 300 GHz pour les ondes millimétriques) rend intéressante l'insertion de circuits passifs dans des technologies intégrées telles que le CMOS, mais qui en raison des limitations liées à la technologie ne présentent pas une qualité élevée, étant donc plus intéressant en termes de performance et de coût l'utilisation d'un substrat auxiliaire pour la conception de circuits passifs qui permet leur intégration avec des circuits actifs en technologie intégrée ; ce substrat est appelé interposeur. Pour le développement d'un bon interposeur, il est nécessaire qu'il présente des lignes de transmission et des vias de haute qualité. L'interposeur MnM est une membrane d'alumine à faible coût qui possède par sa fabrication des nanopores naturels pouvant être utilisés pour la croissance de nanofils de cuivre. Pour le développement de cet interposeur et la présentation des circuits passifs, le processus de fabrication est amélioré, l'accent étant mis sur la croissance des nanofils de manière localisée et sur le rendement de la fabrication. Le substrat est caractérisé électriquement pour l'extraction des pertes et sa constante diélectrique, dont on a constaté qu'elle était influencée par les nanopores. Avec l'amélioration du processus de fabrication, le voie de nanofils sont développés et leurs performances analysées dans le cadre d'une transition entre une face et une autre du substrat grâce à un modèle électrique lié à la disposition physique validée par les résultats des mesures. Pour le modèle électrique, une approche analytique et une autre matrice sont proposées, avec la vérification que cette voie se comporte comme une voie solide avec une conductance qui prend en compte le matériau des nanofils et leur densité surfacique. Il est vérifié que les voie de nanofils ont des performances de pointe, en plus de leurs dimensions telles que le rayon et l'espacement entre les voies sont faibles, dictées uniquement par la dimension minimale atteinte en photolithographie. Les inductions de type solénoïde à deux, trois, cinq et dix spires qui utilisent ces voies sont proposées et analysées, avec la proposition d'un modèle électrique, qui concerne sa disposition physique, à utiliser par les concepteurs. Ces inductances sont compactes en raison de la petite taille des voies de nanofils, et ont une fréquence de résonance élevée, 98 GHz pour l’inductances à deux spires. Enfin, un nouveau modèle électrique pour les lignes de transmission de type microruban avec un effet d'onde lente causé par les nanofils est proposé pour faciliter sa conception et sa simulation, car sa simulation électromagnétique présente un coût de calcul élevé. Ce même modèle est également utilisé pour les lignes de transmission en technologie PCB, qui présentent le même effet d'onde lente mais avec une fréquence de fonctionnement en micro-ondes. Ainsi, ce travail présente une avancée significative pour l'interposeur MnM, en présentant à la fin un interposeur d'ondes millimétriques pleinement fonctionnel.