Des matériaux qui jouent un rôle clé dans les communications haute fréquence

La 5G et les technologies de communication qui lui succèdent reposent sur des composants électroniques capables de fonctionner à des fréquences toujours plus élevées. Leurs performances dépendent étroitement des matériaux qui les constituent, et notamment des substrats semi-conducteurs utilisés pour fabriquer les circuits radiofréquences.

Or, les propriétés électriques d’un substrat ne sont pas nécessairement homogènes sur toute son épaisseur. Certaines couches, parfois très fines, peuvent jouer un rôle déterminant dans le comportement du composant. La difficulté consiste donc à pouvoir caractériser précisément ces couches sans les toucher, les endommager ou sacrifier le substrat.

C’est à cette problématique que répond l’approche décrite dans le brevet européen EP4605763, intitulé Contactless measurement of effective electric properties of surface layers of semiconductors.

Mesurer sans contact, mais aussi cibler une couche précise

Il existe déjà différentes méthodes permettant de mesurer les propriétés électriques d’un semi-conducteur sans contact physique avec sa surface. Elles peuvent notamment faire appel à des champs électriques ou magnétiques, à la photoconductance ou à des techniques de résonance. Leur principal avantage est de préserver le matériau.

Mais une difficulté subsiste lorsqu’il s’agit de caractériser une couche très mince située à la surface ou à proximité de la surface d’un substrat beaucoup plus épais : la mesure reflète souvent la réponse d’une partie importante du matériau, ce qui rend difficile l’identification de la contribution propre à la couche recherchée.

Mesurer sans contact est une chose. Mesurer sans contact une couche particulière à l’intérieur d’un matériau en est une autre.

La lumière comme « sonde de profondeur »

L’originalité de l’approche réside dans la combinaison de deux éléments : une mesure électrique sans contact et un éclairage contrôlé du semi-conducteur.

Lorsqu’un semi-conducteur est éclairé, la lumière pénètre dans le matériau sur une profondeur qui dépend notamment de ses caractéristiques et de la longueur d’onde utilisée. Elle peut y générer des porteurs de charge et modifier localement la réponse électrique du matériau.

Le principe consiste alors à effectuer une première mesure sans éclairage, puis une seconde avec éclairage. La comparaison des deux résultats permet de déterminer la propriété électrique effective de la couche correspondant à la profondeur de pénétration de la lumière.

La lumière devient ainsi une sorte de « sonde de profondeur », permettant de cibler électriquement une zone particulière du substrat.

Le brevet prévoit également l’utilisation de plusieurs spectres lumineux. En faisant varier la longueur d’onde, il devient possible d’explorer différentes profondeurs du matériau.

Une approche non destructive aux applications potentielles

L’intérêt de cette technologie tient donc moins à l’utilisation de la lumière ou à la mesure sans contact considérées séparément qu’à leur combinaison pour caractériser une sous-couche déterminée.

Cette approche présente également un intérêt potentiel pour le contrôle industriel. Une mesure non destructive permettrait d’envisager un contrôle plus systématique des substrats, sans devoir les prélever ou les détériorer. Le brevet envisage notamment une utilisation « inline », directement dans une ligne de production, avant la fabrication des circuits ou composants.

L’enjeu est donc double : mieux caractériser les matériaux et, à terme, mieux maîtriser les procédés de fabrication.

À mesure que les composants électroniques doivent fonctionner à des fréquences toujours plus élevées, la maîtrise des propriétés électriques des matériaux devient un enjeu croissant. La caractérisation des substrats constitue ainsi une étape essentielle, en amont du développement de composants performants.

Dans le cadre du projet Win2Wal PuMA, l’équipe de recherche propose une manière originale de relever ce défi : sonder électriquement un semi-conducteur sans contact, tout en utilisant la lumière pour sélectionner la profondeur à caractériser.

Autrement dit, il ne s’agit plus seulement de mesurer un matériau sans le toucher, mais d’envisager de mesurer une couche particulière sans la détruire.

Une protection qui ouvre la voie à la valorisation

Le brevet européen a été délivré le 30 septembre 2026, sous le numéro EP4605763. Il s’agit d’un brevet européen avec effet unitaire couvrant 18 pays de l’Union européenne, avec une demande d’extension au Royaume-Uni. Une demande de brevet international a également été déposée pour la Chine, les États-Unis d’Amérique, la Corée du Sud, le Japon et Taïwan. Les inventeurs sont Élodie Jamotton, Gilles Scheen, Christophe Brose et Valéry Broun.

Cette délivrance constitue une étape importante dans le parcours de la technologie, mais elle ne marque pas la fin de sa valorisation. La protection de l’invention permet désormais d’envisager plus concrètement son transfert vers le monde socio-économique et d’explorer son potentiel d’exploitation.

C’est dans cette perspective que SynHERA accompagne l’équipe de recherche tout au long du projet Win2Wal, depuis le montage et la structuration du projet jusqu’à la valorisation des résultats obtenus. Cet accompagnement s’est notamment concrétisé par un appui au dépôt de brevet, réalisé en étroite collaboration avec l’équipe de recherche et un cabinet de mandataires en propriété intellectuelle.

Aujourd’hui, cette démarche se poursuit. À travers sa cellule de valorisation, SynHERA œuvre à identifier des entreprises susceptibles d’être intéressées par l’exploitation de la technologie et à explorer avec elles les possibilités de licence. L’objectif : faire le lien entre le résultat scientifique et ses perspectives d’utilisation concrète, pour accompagner la technologie du laboratoire vers le monde socio-économique.

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