Passifs

Pour des applications dans le domaine de l’électronique nomade ou le photovoltaïque, la problématique concerne l’intégration de systèmes de conversion de l’énergie de plus faible puissance (milli Watts à quelques Watts). Ces systèmes doivent être compacts, fiables et performants (rendements élevés). Or la taille des convertisseurs actuels est définie par l’encombrement des éléments passifs discrets (inductances, transformateurs et condensateurs) reportés sur le substrat. L’intégration sur silicium et substrats isolants des composants passifs, ainsi que l’augmentation de la fréquence de découpage sont les principaux éléments de réponse à cette évolution.

Les composants passifs intégrés doivent non seulement travailler à des fréquences supérieures au MHz mais être également adaptés à des courants de plusieurs ampères tout en présentant des niveaux de pertes très faibles. Ceci requière un effort particulier sur la conception et le développement des topologies et des filières technologiques, ainsi que sur l’élaboration et la caractérisation de nouveaux matériaux (magnétiques pour les inductances et diélectriques pour les condensateurs) ayant des propriétés permettant de répondre au cahier des charges.

Microbobines

Les technologies développées pour les microbobines reposent sur :
  • le dépôt électrolytique en couches épaisses (plusieurs dizaines de microns) de conducteurs (cuivre) : 1 ou 2 niveaux.
  • Le dépôt électrolytique de matériaux magnétiques : NiFe, NiFeCo pour le noyau magnétique avec ou sans feuilletage.
Photographie MEB d’une micro-bobine à air réalisée dans la centrale technologique du LAAS
Image a) et Image b)
a) Vue optique et b) photographie MEB en section d’une micro-bobine à noyau magnétique (NiFe) réalisée dans la centrale technologique du LAAS.

Condensateurs 3D

Les condensateurs 3D intégrés réalisés dans l’équipe ISGE comprennent des réseaux de pores à fort facteurs de forme gravés dans le silicium (par Deep Reactive Ion Etching) permettant l’augmentation de la surface spécifique des électrodes et le dépôt de diélectriques : soit classiques (SiO2/Si3N4) soit à forte permittivité (ZrO2, SrTiO3) pour augmenter la densité de capacité des composants.


Photographies MEB de pores à fort facteur de forme gravés dans le silicium pour la réalisation de condensateurs 3D ; avec vue détaillée montrant le diélectrique et le polysicilium servant d’électrode supérieure.

Filtre intégré

A long terme, afin d’aller vers des convertisseurs encore plus intégrés, il est intéressant de réaliser la fonction « filtre » comprenant bobines et condensateurs sur un même substrat.


Vue optique d’un filtre intégré comprenant un condensateur 3D (560 nF) et une microbobine (80 nH).