EP4630826A1 - Dispositif à résonateur mécanique ou opto-mécanique - Google Patents

Dispositif à résonateur mécanique ou opto-mécanique

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Publication number
EP4630826A1
EP4630826A1 EP23814192.3A EP23814192A EP4630826A1 EP 4630826 A1 EP4630826 A1 EP 4630826A1 EP 23814192 A EP23814192 A EP 23814192A EP 4630826 A1 EP4630826 A1 EP 4630826A1
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EP
European Patent Office
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layer
substrate
resonator
front face
pad
Prior art date
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Pending
Application number
EP23814192.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Guillaume Jourdan
Marc Gely
Ivan Favero
Bernard Legrand
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Universite Paris Cite
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Universite Paris Cite
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA, Universite Paris Cite filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP4630826A1 publication Critical patent/EP4630826A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q20/00—Monitoring the movement or position of the probe
    • G01Q20/02—Monitoring the movement or position of the probe by optical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q20/00—Monitoring the movement or position of the probe
    • G01Q20/04—Self-detecting probes, i.e. wherein the probe itself generates a signal representative of its position, e.g. piezoelectric gauge
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/24—AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
    • G01Q60/38—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
    • G—PHYSICS
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12133—Functions
    • G02B2006/12138—Sensor
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29331—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by evanescent wave coupling
    • G02B6/29335—Evanescent coupling to a resonator cavity, i.e. between a waveguide mode and a resonant mode of the cavity
    • G02B6/29338—Loop resonators

Definitions

  • the present description generally concerns integrated circuits, and, more particularly, photonic integrated circuits.
  • Known photonic circuits include an optical or opto-mechanical resonator comprising, for example, a disk, a circular ring or a closed loop in the shape of an athletics track ("racetrack” in English), and having a part which extends beyond an edge of the substrate on which the circuit is formed.
  • the part of the resonator which projects beyond the edge of the substrate is configured to interact with a surface, for example a surface to be imaged, which modifies the resonance wavelength of the optical resonator, for example following a modification of the effective optical index of the optical resonator resulting from the material placed opposite the protruding part of the resonator and the distance between this material and the protruding part of the resonator, and/or for example following a deformation of the resonator resulting from a force exerted on the opto-mechanical resonator by the surface.
  • Such photonic circuits serve, for example, as force probes for atomic force microscopes (AFM).
  • Figure 1 illustrates, through a schematic top view, a theoretical, or ideal, example of such a photonic circuit 1
  • Figure 2 being a schematic sectional view of this circuit 1 taken in the plane AA of the figure 1.
  • Circuit 1 comprises a substrate 100, for example made of silicon, only part of which is shown in Figures 1 and 2.
  • An optical or opto-mechanical resonator 102 for example made of silicon, is fixed to the substrate 100 by an anchoring pad 104, for example made of silicon nitride, silicon oxide or polycrystalline silicon, so that the resonator is suspended above the substrate 100 and a part of the resonator 102 extends beyond an edge or flank 110 of the substrate, or, more generally, an edge 110 of circuit 1.
  • the resonator 102 comprises a disk 106 and a tip 108 fixed to the periphery of the disk 106. The tip 108 is oriented in a direction parallel to the face of the substrate 100, called the front face of the substrate 100, to which the pad is fixed.
  • the edge 110 is orthogonal to the front face of the substrate 100.
  • Figures 1 and 2 are ideal in that the intersection of the side 110 with the front surface of the substrate 100 beyond which a part of the resonator 102 protrudes is arranged between the pad 104 and the part of the resonator 102 which extends beyond the substrate 100, for example between the pad 104 and the tip 108.
  • Figure 3 is a schematic sectional view taken in a section plane similar to plane AA of Figure 1, illustrating circuit 1 at a manufacturing stage.
  • the resonator 102 and the pad 104 are embedded in a material 300 which can be selectively etched with respect to the resonator 102 and the substrate 100.
  • the material 300 can also be selectively etched with respect to the material of the pad 104.
  • the material 300, the resonator 102 and the pad 104 forms a layer resting on and in contact with the front face of the substrate 100.
  • the entire resonator 102 is, in a direction orthogonal to the front face of the substrate 100, facing the substrate 100, or, put differently, the substrate 100 still extends under the entire resonator 102 and at -of the.
  • an etching for example a deep reactive ion etching (DRIE) is carried out from the rear face of the substrate 100 to the front face of the substrate 100. , to remove a part of the substrate 100 not coated with an etching mask 301 and form the sidewall 110 of the substrate 100 ( Figures 1 and 2).
  • the desired position of the sidewall 110 is represented by a dotted line 302.
  • the mask 301 covers the part of the substrate 100 which must be left in place (to the left of the line 302 in Figure 3) and does not cover the part of the substrate 100 which we wish to remove by etching (at right of line 302 in figure 3).
  • the material 300 is removed by selective etching with respect to the material(s) of the substrate 100, the resonator 102 and, for example, the pad 104 when the material 300 is selectively engravable with respect to the material of the pad 104.
  • the time of selective etching of the material 300 with respect to the(x ) material (x) of the substrate 100 and the resonator 102 is limited so as to leave the pad 104 in place.
  • the accesses of the etching solution to the pad 104 are configured to allow the pad 104 to be left in place while controlling the etching time.
  • the etching through the substrate 100 has an angle 0 relative to the ideal cutting plane 302, and, in addition, a dispersion d0 over the value of this angle 0.
  • the dispersion d0 and the thickness E of the substrate 100 which is several hundred micrometers, the engraving emerges on the side of the front face of the substrate 100 with a misalignment of more or less minus A relative to the ideal cutting plane 302.
  • A is equal to 7 pm.
  • the alignment of the mask 301 with the targeted cutting line 302 has an error of more or less d, with d for example equal to 500 nm, which further adds to the uncertainty as to where the engraving ends on the side of the front face of the substrate 100.
  • the maximum dimensions that the suspended part of the resonator 102 can have are limited by the position of the pad 104. Due to the uncertainty as to where the etching ends on the side of the front face of the substrate 100, the part of the resonator 102 which extends beyond the substrate 100 may not extend sufficiently beyond of the substrate 100, or the substrate 100 can be etched under the pad 104, which renders circuit 1 inoperative.
  • such a sloped flank 110 can be obtained with a monocrystalline silicon substrate 100 using anisotropic etching, for example anisotropic wet etching, for example by means of an etching solution comprising hydroxide.
  • potassium (KOH) tetramethylamonium hydroxide (TMAH) or ethylenediamine pyrocatechol (EDP)
  • TMAH tetramethylamonium hydroxide
  • EDP ethylenediamine pyrocatechol
  • One embodiment overcomes all or part of the drawbacks of known photonic circuits in which an optical or opto-mechanical resonator extends beyond the substrate of the circuit, for example all or part of the disadvantages linked to the manufacture of these known circuits.
  • One embodiment provides a device comprising: a substrate; a first layer comprising a first part attached to a front face of the substrate and a second part suspended above a plane including the front face of the substrate; and an optical, opto-mechanical or mechanical resonator attached to the second part (202B) of the first layer and suspended under said second part of the first layer and above the plane comprising the front face of the substrate, only a first part of the resonator being, in a direction orthogonal to the front face of the substrate, facing the substrate and/or the first layer.
  • the resonator comprises a second part which, in a direction orthogonal to the front face of the substrate, faces neither the first layer nor the substrate.
  • the second part of the resonator in a direction parallel to the front face of the substrate, is arranged beyond an edge of the substrate and beyond an edge of the first layer.
  • a dimension of the second part of the resonator is less than 50 pm.
  • the device comprises a second layer; the second layer is placed between the first layer and the front face of the substrate; and the resonator is defined in the second layer.
  • the device further comprises at least a third layer disposed between the front face of the substrate and the second layer, and at least one fourth layer disposed between the second layer and the first layer.
  • the first part of the first layer rests on a stack of layers, the stack preferably comprising the second layer.
  • the resonator comprises a circular ring, a loop in the shape of an athletics track or a disc.
  • the resonator is fixed to the second part of the first layer by at least one anchoring pad.
  • said at least one anchoring pad extends in height from the second layer to the second part of the first layer.
  • said at least one anchoring pad is in contact with the disk; or said at least one anchoring stud is arranged inside a region delimited laterally by the ring and the device comprises holding arms each extending from an internal edge of the ring to said at least an anchoring pad; or said at least one anchoring stud is arranged inside a region delimited laterally by the closed loop, preferably in the center of this region, and the device comprises holding arms each extending from an internal edge from the closed loop to said at least one anchoring pad.
  • the resonator further comprises a tip fixed to the external periphery of the disk, the ring or the closed loop.
  • the second part of the resonator comprises the tip, the tip extending in length in a direction parallel to the front face of the substrate and, preferably, orthogonal to the intersection of said edge of the substrate with the front face of the substrate.
  • the resonator is an optical or opto-mechanical resonator and the device further comprises a waveguide defined in the same layer as the resonator, a portion of the waveguide being optically coupled to the resonator.
  • the portion of the waveguide is suspended between the second part of the first layer and a plane comprising the front face of the substrate, preferably by holding arms defined in the same layer as the optical resonator and each extending from said portion of the waveguide to an anchoring pad fixed to the substrate or to the second part of the first layer.
  • Figure 1 represents, in a top view, an ideal example of a photonic circuit
  • Figure 2 represents a schematic sectional view taken in a plane AA of Figure 1;
  • Figure 3 represents a schematic sectional view illustrating a manufacturing step of the circuit of Figures 1 and 2;
  • Figure 4 shows, in a schematic top view, an embodiment of a photonic circuit;
  • Figure 5 represents a schematic sectional view taken in the plane AA of Figure 4;
  • Figure 6 represents a schematic sectional view taken in the plane BB of Figure 4.
  • Figure 7 shows a schematic sectional view taken in the plane BB of Figure 4 according to an alternative embodiment
  • Figure 8 shows, in a schematic top view, another alternative embodiment of the photonic circuit of Figures 4 to 7;
  • Figure 9 represents a schematic sectional view taken in the plane AA of Figure 8.
  • Figure 10 shows, in a schematic top view, yet another alternative embodiment of the photonic circuit of Figures 4 to 7;
  • Figure 11 shows, in a schematic top view, yet another alternative embodiment of the photonic circuit of Figures 4 to 7;
  • Figure 12 represents, in a schematic top view, yet another alternative embodiment of the photonic circuit of Figures 4 to 7.
  • a photonic circuit comprising a layer, called a support layer, having a part fixed to a front face of the substrate of the circuit, and a suspended part above a plane of the front face of the substrate.
  • the optical or opto-resonator mechanical is fixed to the suspended part of the support layer, the resonator then being suspended under the suspended part of the support layer, that is to say under a plane comprising a lower face of the support layer which is turned towards the front face of the substrate.
  • Fixing the resonator to the lower face of the suspended part of the support layer allows that, in a direction orthogonal to the front face of the substrate, only a first part of the resonator faces the front face of the substrate and/or the underside of the support layer. Thus, in a direction orthogonal to the front face of the substrate, a second part of the resonator faces neither the substrate nor the support layer, and therefore extends beyond the substrate and the support layer.
  • the support layer is thinner than the substrate, its thickness being for example a maximum of 100 ⁇ m, preferably a maximum of 10 ⁇ m.
  • the uncertainty about where this engraving leads to on the lower face of the support layer is much lower than that about where an engraving made from the rear face of the substrate to the front face of the substrate leads to the front face of the substrate.
  • Figure 4 represents, in a schematic top view, an embodiment of a photonic circuit 2, Figure 5 being a schematic sectional view taken in the plane AA of Figure 4 and Figure 6 being a schematic sectional view taken in plane BB of Figure 4. In these figures, only part of circuit 2 and its substrate 200 is shown.
  • the photonic circuit 2, or device 2 comprises a substrate 200, for example a semiconductor substrate, for example made of silicon.
  • circuit 2 is formed on the substrate 200.
  • the substrate 200 has a thickness of several hundred micrometers, for example a thickness of at least 200 ⁇ m.
  • Circuit 2 comprises a layer 202, called support layer 202.
  • the thickness of layer 202 is less than 100 pm, for example substantially equal to 10 pm although this thickness can be by example less than 10 pm, or even less than 1 pm.
  • Layer 202 comprises a first part 202A fixed to the substrate 200, and more particularly to a front face 204 of the substrate 200 (upper face in Figures 4 and 5).
  • the part 202A of the layer 200 is fixed to the substrate 200, for example, by a stack 203 of layers, the stack 203 having a surface connected to a lower face 206 of the layer 202 and a surface connected to the front face of the substrate 200.
  • part 202A of layer 200 is fixed by a pad made of the same material as that of layer 202 and/or substrate 200, this pad replacing stack 203 and having a connected surface to layer 202 and a surface connected to the front face of substrate 200.
  • Layer 202 further comprises a second part 202B suspended above substrate 200, that is to say above a plane comprising face 204 of substrate 200.
  • the two portions 202A and 202B of layer 202 are connected to each other.
  • part 202B of layer 200 is an extension of part 202A of layer 200, or, said another way, layer 200 is continuous at the boundary between its portions 202A and 202B.
  • the limit between parts 202A and 202B of layer 200 is indicated by a double dotted line 208 in Figure 4, and by a single dotted line also referenced 208 in Figures 5 and 6.
  • the suspended part 202B of the layer 202 extends at least partly beyond an edge, or flank, 210 of the substrate 200 in a direction parallel to the plane of the face 204 and orthogonal to the intersection, or junction , of the sidewall 210 with the face 204 of the substrate 200.
  • the position of the sidewall 204 under the layer 202 is indicated by a double dotted line also referenced 210.
  • the sidewall 210 is represented as being orthogonal to the face 204 of the substrate 200 although, in practice, this sidewall 210 can be inclined relative to the normal to the face 204, either deliberately so that the side 210 is sloping as described previously in relation to Figures 1 to 3, or due to the etching slope of the substrate 200.
  • the suspended part 202B of the layer 202 comprises a region arranged opposite the substrate 200 in a direction orthogonal to the face 204, although, in other examples not illustrated, part 202B of layer 200 does not include any region placed opposite the substrate in a direction orthogonal to face 204.
  • Circuit 2 comprises an optical or opto-mechanical resonator 212.
  • Resonator 212 is formed in, or defined in, a layer 214.
  • Layer 214 is made of a material adapted to guide light at operating wavelengths. of circuit 2.
  • layer 214 is made of silicon, silicon nitride, arsenic gallium or germanium.
  • Layer 214 is placed between substrate 200 and layer 202.
  • stack 203 of layers includes a portion of layer 214.
  • the resonator 212 comprises a disk 212A.
  • the resonator 212 includes a tip 212B fixed to the periphery of the disk 212A.
  • the tip 212B extends in length in a direction parallel to the face 204 and orthogonal to the intersection of the flank 210 with the face 204 of the substrate 200.
  • the resonator 212 and more particularly the disk 212A of the resonator 212 in the example of Figures 4 to 6, is fixed to the suspended part 202B of the support layer 202.
  • the resonator 212 is suspended under the layer 202, and more precisely, under the suspended part 202B of this layer 202.
  • the resonator 212 is also suspended above a plane comprising the face 204 of the substrate.
  • the resonator 212 is fixed to the suspended part 202B of the layer 202 by at least one anchoring pad 216.
  • Each pad 216 extends in height from the layer 214 to the layer 202, and , more particularly, up to face 206 of layer 202.
  • each pad 216 extends between the disk 212A and the layer 202 and is placed sufficiently far from the edge of the disk 212A, for example more than 1 pm from the edge of the disk 212A, so as not to disturb the optical modes which are propagated in the disk 212A and are deported towards the periphery of the disk 212A. Fixing each pad 216 directly to the disk 212A but sufficiently far from the edge of the disk 212A makes it possible to limit the optical losses due to the fact that the optical modes propagated in the disk 212A are offset towards the periphery of the disk 212A, and therefore to increase the optical quality factor.
  • a single pad 216 fixes the resonator 212 to the layer 202, this pad 216 then preferably being placed in the center of the disk 212A to limit as much as possible the optical losses resulting from the pad 216.
  • the pad 216 is indicated by a cross.
  • a first part of the resonator 212 (the part delimited by a dotted line in Figure 4) is, in a direction orthogonal to the face 204, placed opposite the substrate 200 and/or the suspended part 202B of the layer 200.
  • the resonator 212 comprises a second part which, in a direction orthogonal to the face 204, is not arranged opposite the substrate 200 or the layer 202.
  • This second part of the resonator 212 therefore extends beyond of the flank 210 of the substrate 200 and also beyond the layer 202, for example in a direction parallel to the face 204 and orthogonal to the intersection of the flank 210 with the face 204 of the substrate 200.
  • the resonator 212 comprises the tip 212B
  • the latter is part of the second part of the resonator 212, that is to say that no portion of the tip 212B is facing the substrate 200 or the layer 202 in a direction orthogonal to the face 204 of the substrate 200.
  • the second part of the resonator 212 has, in a direction parallel to the face 204 and orthogonal to the intersection of the flank 210 with the face 204 of the substrate 200, a dimension or length less than 50 ⁇ m .
  • layer 214 initially rests on a layer 218, itself resting on substrate 200. Then different elements, including resonator 212, are defined by etching in layer 214. At this step of etching layer 214, a portion of layer 214 can be left in place at the location of stack 203, so that stack 203 includes this portion of layer 214. Then, at least one layer 220 is formed on the whole and then layer 202 is formed, by deposition or transfer, on layer 220.
  • the anchoring pad 216 can be made of the same material as the layer 202 by providing an opening in the layer 220 up to the resonator 212 which will be filled by the material of the layer 202 when it is deposited, or even made of another material by filling the opening in layer 220 with this material before forming layer 202.
  • Layers 218 and 220 are made of materials that can be selectively etched relative to the materials of layers 214 and 202 and of substrate 200. Portions of layer 202 and of the substrate 200 are then removed during two respective etching steps, then portions of the layers 218 and 220 are removed by selective sacrificial etching with respect to the layers 202 and 214 and the substrate 200 to obtain the circuit 2.
  • the engraving(s) of layers 218 and 220 are selective with respect to the material of pad 216.
  • pad 216 is made of the same material as that of layer 220 and the person skilled in the art will then be in able to provide openings in the layer 202 and/or in the layer 214 so that by controlling the etching time of the layer 220, the pad 216 is left in place at the end of the etching.
  • the layer 214 when the layer 214 is a semiconductor layer, for example made of silicon, and the layer 218 is an insulating layer, for example made of silicon oxide, the layer 214 can correspond to the semiconductor layer of a semiconductor on insulator (SOI) type structure formed on the substrate 200.
  • SOI semiconductor on insulator
  • the stack 203 comprises a portion left in place of layer 218, and may or may not include a portion left in place of layer 220 Indeed, it is possible that the stack 203 does not include any portion left in place of the layer 220, providing that, after the formation of the layer 220 on the layer 214, an opening is etched in the layer 220 up to the layer 214 at the location of the stack 203.
  • the layer 202 is then formed by deposition on the layer 220, at the location of the stack, the material of layer 202 comes directly into contact with layer 214 due to the through opening in layer 220.
  • Layer 202 can then be planarized.
  • the stack is replaced by a pad made of a material identical to that of layer 202.
  • a pad made of a material identical to that of layer 202.
  • an opening is etched through it. the layers 220, 214 and 218 up to the substrate 200, so that, during the formation of the layer 202 by depositing the material of this layer on the layer 220, this material fills the opening and forms the pad there.
  • layer 202 corresponds to a portion of a first substrate, for example semiconductor, for example silicon, layer 220 then resting on this first substrate and layer 214 then resting on layer 220.
  • elements including the resonator 212, are formed in the layer 214.
  • a filling material for example identical to the material of the layer 218, is deposited then planarized by stopping before or on the layer 214.
  • the substrate 200 coated with layer 218 is then transferred to the structure before thinning the first substrate so as to leave only layer 202.
  • the following steps to obtain circuit 2 are then similar to what has been described for the other example above.
  • the layer 218 when transferring the substrate 200 onto the structure comprising the first substrate, the layer 218 can already form part of the structure and then rest on the layer 214 rather than coat the substrate 200, and the substrate 200 is then brought into contact with the layer 218 during the transfer step.
  • layer 214 when layer 214 is a semiconductor layer, for example made of silicon, and layer 220 is an insulating layer, for example made of silicon oxide, layer 214 can correspond to the semiconductor layer of a semiconductor on insulator (SOI) type structure formed on the first substrate.
  • SOI semiconductor on insulator
  • circuit 2 is only examples, and the person skilled in the art is able, from the present description, to provide other manufacturing processes. of circuit 2 using steps each being usual in the manufacture of photonic circuits.
  • the person skilled in the art will be able to adapt the examples of manufacturing processes described above to obtain a stack 203 comprising a portion of each of the layers 220, 214 and 218, or a stack 203 comprising only a portion of each of layers 220 and 214, or a stack 203 comprising only a portion of each of layers 218 and 214, or a stack 203 comprising only a portion of layer 214, or even to obtain a pad made of the material of layer 202 and /or the substrate 200 in place of the stack 203.
  • circuit 2 comprises only a single layer 220 and a single layer 218.
  • layer 220 may correspond to a plurality of layers stacked on top of each other and/or layer 218 may correspond to a plurality of layers stacked on top of each other.
  • the two sacrificial layers 218 and 220 are made of the same material, which can be etched selectively with respect to the material(s) of the layers 214 and 202, of the substrate. 200, and, for example, pad 216.
  • layers 218 and 220 can be made of different materials, each selectively etchable with respect to the material(s) of layers 214 and 202, of substrate 200 and, for example, pad 216.
  • the substrate 200 is made of silicon or arsenic-gallium.
  • layer 218 is a layer of silicon oxide or a photonic polymer such as for example BCB benzocyclobutene.
  • layer 220 is a layer of silicon oxide or a photonic polymer such as for example BCB benzocyclobutene.
  • the pad 216 is made of silicon, silicon nitride or silicon oxide.
  • the thickness of layer 214 is between 40 and 1000 nm, for example between 50 and 500 nm.
  • the thickness of layer 220 is greater than 500 nm, so that the portion of layer 202 placed above resonator 212 does not modify the optical properties of resonator 212.
  • the thickness of the layer 218 is greater than 500 nm so that the substrate 200 is sufficiently distant from the resonator 212 so as not to modify its optical properties.
  • the layer 218 is, for example, arranged between the face 204 of the substrate 200 and the layer 214
  • the layer 220 is, for example , arranged between layer 214 and face 206 of layer 202.
  • circuit 2 does not comprise any layer other than layer 218 between face 204 of substrate 200 and layer 214, and does not does not include any layer other than layer 220 between layer 214 and face 206 of layer 202.
  • the person skilled in the art is able to adapt the materials of the layers 202, 214, 218 and 220, of the substrate 200 and, for example, of the pad 216 while retaining the etching selectivities indicated previously between the substrate 200 and layer 218, layers 218 and 220 relative to layers 214 and 202 and substrate 200, for example when layer 214 is made of a material other than silicon.
  • the circuit 2 comprises a waveguide 222 formed in, or defined in, the layer 214.
  • This waveguide 222 comprises a portion 224 optically coupled to the resonator 212.
  • the portion 224 of the waveguide 222 is, like the resonator 212, suspended under a plane comprising the face 206 of the layer 202 and above a plane comprising the face 204 of the substrate 200.
  • the portion 224 of the waveguide 222 is suspended above the substrate 200 and under the layer 202.
  • the portion 224 of the waveguide 222 is fixed to the substrate 200, and more particularly to the face 204 of the substrate 200.
  • the circuit 2 comprises holding arms 226 each having a end connected to the portion 224 of the waveguide 222, and an opposite end connected to an anchoring pad 228, itself connected to the face 204 of the substrate 200.
  • the pads 228 are each marked by a cross.
  • Each pad 228 is, for example, made of a material allowing the etching of the sacrificial layers 218 and 220 to be selective with respect to this material.
  • each pad 228 is made of the same material as that of layer 220 and/or 218, the removal of layers 218 and 220 by selective etching with respect to the material(s) of layer 214 , of the layer 220 and the substrate 200 then being implemented by controlling the etching time so as to leave the pads 228 in place at the end of this etching.
  • the accesses of the etching solution to the pads 228 are configured to allow the pads 228 to be left in place while controlling the etching time.
  • each holding arm 226 corresponds to a beam or to several beams placed end to end to form at least one meander.
  • the portion 224 of the waveguide 222 is arranged between the resonator 212 and the stack 203 of layers 218, 214, 220 on which rests the part 202A of the layer 202 .
  • Figure 7 represents a schematic sectional view taken in the plane BB of Figure 4 according to an alternative embodiment of circuit 2.
  • Circuit 2 of Figure 7 differs from that of Figures 4 to 6 only in that the portion 224 of the waveguide 222 is, in the alternative embodiment of Figure 7, fixed to the suspended part 202B of the layer 202 rather than the substrate 200.
  • the anchoring pads 228 are no longer connected to the substrate 200 but to the part 202B of the layer 202, and, more particularly, to the face 206 of the layer 202
  • the pads 228 are then similar or identical to the pads 216 ( Figures 4 and 5).
  • connection of the pad 216 to the suspended part 202B of the layer 202 rather than to the substrate 200 makes it possible to release the constraints on the positioning of the pad 216 which result from the etching of the substrate 200 from its rear face to its front face to define the sidewall 210
  • connecting the pads 228 to the suspended part 202B of the layer 202 rather than to the substrate 200 makes it possible to relax the constraints on the positioning of the pads 228.
  • Figure 8 represents, in a schematic top view, another alternative embodiment of the photonic circuit 2 of Figures 4 to 6, Figure 9 being a schematic sectional view taken in the plane AA of Figure 8.
  • circuit 2 differs from what has been described in relation to Figure 7 in that the resonator 212 does not include any part which, in a direction orthogonal to the face 204 of the substrate 200, is opposite of the substrate 200.
  • the resonator 212 comprises a first part which, in a direction orthogonal to the face 204, is opposite the suspended part 202B of the layer 202, and a second part which, in this direction, is not facing neither the substrate 200 nor the layer 202.
  • the portion 224 of the waveguide 222 is fixed to the suspended part 202B of the layer 202.
  • this portion 224 of the guide wave 222 may also not include any part which, in a direction orthogonal to the face 204, is placed opposite the substrate 200.
  • the portion 224 of the waveguide 222 is, in a direction orthogonal to the face 204, arranged at least partly opposite the substrate 200, the pads 228 can then be connected either to the substrate 200, or to the suspended part 202B of layer 202.
  • Figure 10 represents, in a schematic top view, yet another alternative embodiment of the photonic circuit 2 of Figures 4 to 9.
  • Circuit 2 according to this variant embodiment differs from circuits 2 described previously in relation to Figures 4 to 9 by the shape of the suspended part 202B of layer 202.
  • this suspended part 202B has a substantially rectangular shape, and therefore has a straight edge 1000 (see Figures 4 to 9) at the same time. beyond which the resonator 212 projects in a direction parallel to the face 204 of the substrate 200 and orthogonal to the intersection of the flank 210 with the front face 204 of the substrate 200.
  • the suspended part 202B of the layer 202 has a different shape, an example of which is illustrated in Figure 10.
  • the resonator 212 comprises a second part which, in a direction orthogonal to the face 204 of the substrate 200, is neither facing the substrate 200, nor facing the suspended part 202B of the layer 202, and which, in a direction parallel to the face 204 of the substrate 200 and orthogonal to the intersection of the sidewall 210 with the front face 204 of the substrate 200, protrudes beyond the suspended part 202B of the layer 202.
  • the portion 224 of the waveguide 222 does not include any part disposed facing the substrate 200 in a direction orthogonal to the face 204 of the substrate 200 and the pads 228 are then connected to the part 202B of the layer 202, in other examples not illustrated, this portion 224 of the waveguide 222 is arranged opposite the substrate 200 in a direction orthogonal to the face 204 of the substrate 200, the pads 228 which can then be connected either to the substrate 200 or to the suspended part 202B of the layer 202.
  • the resonator 212 does not include any part which is arranged opposite the substrate 200 in a direction orthogonal to the face 204 of the substrate 200.
  • the resonator 212 can comprise, as in the example of Figures 4 to 6, only one part which is arranged opposite the substrate 200 in a direction orthogonal to the face 204 of the substrate 200.
  • Figure 11 represents, in a schematic top view, yet another alternative embodiment of the photonic circuit 2 of Figures 4 to 10.
  • circuit 2 differs from circuits 2 according to the embodiments and variant embodiments described previously in relation to Figures 4 to 10 in that it does not include a disk 212A, but a circular ring 212C.
  • the ring 212C is attached to the suspended part 202B of the layer 202.
  • the ring 212C is fixed to the suspended part 202B of the layer 202 by at least one anchoring stud 216 and at least one holding arm 1100, for example three arms 1100 in the example of the Figure 11 although in other examples not illustrated the circuit 2 comprises only a single arm 1100, two arms 1100 or more than three arms 1100.
  • Each pad 216 extends in height from the layer 202 to a plane comprising the face of layer 214 facing layer 202.
  • Each arm 1100 is similar to arms 226 and is therefore defined in layer 214 (not referenced in Figure 11).
  • Each arm 1100 extends from an edge of the ring 212C to a pad 216. In other words, each arm 1100 has one end connected to the ring 212C and an opposite end connected to a pad 216.
  • each pad 216 is arranged inside the ring 212C, that is to say that each pad 216 is arranged in a region delimited laterally by the internal edge of the ring 212C, and is placed sufficiently far from the internal edge of the ring, for example more than 1 pm from the edge of the ring 212C, so as not to disturb the optical modes which are propagated in the ring 212C.
  • each arm 1100 extends from an internal edge of the ring 212C to a corresponding stud 216.
  • each pad 216 inside the ring 212C and sufficiently far from the internal edge of the ring 212C makes it possible to limit optical losses because the optical modes propagated in the ring 212C are offset towards the external edge of the 212C ring, and therefore increase the optical quality factor.
  • a single pad 216 fixes the resonator 212 to the layer 202, this pad 216 then preferably being arranged in the center of the ring 212C to limit as much as possible the optical losses resulting from the pad 216.
  • a single pad 216 fixes the resonator 212 to the layer 202, this pad being arranged inside the resonator 212 but offset from the center of the ring.
  • Each holding arm 1100 can then comprise a first portion going from the internal edge of the ring 212C to the center of the ring 212C and a second portion, common to all the holding arms 1100, going from the center of the ring 212C up to the single pad 216.
  • the resonator 212 includes the optional tip 212B.
  • Figure 12 represents, in a schematic top view, yet another alternative embodiment of the photonic circuit 2 of Figures 5 to 11.
  • circuit 2 differs from circuits 2 according to the embodiments and variant embodiments described previously in relation to Figures 4 to 11 in that it does not include a disk 212A or a circular ring 212C, but a closed loop 212D for example in the shape of an athletics track ("racetrack" in English), or, said differently, for example in the shape of an oblong ring.
  • the ring 212D comprises two parallel rectilinear portions connecting two portions in Semi circle.
  • the two semi-circle portions are connected to each other by two non-parallel rectilinear portions when the two semi-circle portions do not have the same radius, or, more generally, by two portions which can be straight or have meanders.
  • Loop 212D is attached to suspended portion 202B of diaper 202.
  • the loop 212D is fixed to the suspended part 202B of the layer 202 by at least one anchoring stud 216 and at least one holding arm 1100.
  • Each stud 216 extends in height from the layer 202 up to a plane comprising the face of layer 214 facing layer 202.
  • Each arm 1100 is similar to arms 226 and is therefore defined in layer 214 (not referenced in Figure 12).
  • Each arm 1100 extends from an edge of the loop 212D to a pad 216. In other words, each arm 1100 has one end connected to the loop 212D and an opposite end connected to a pad 216.
  • each pad 216 is arranged inside the ring 212D, that is to say that each pad 216 is arranged in a region delimited laterally by the internal edge of the loop 212D, and is placed sufficiently far from the internal edge of the loop 212D, for example more than 1 pm from the edge of the loop 212D, so as not to disturb the optical modes which are propagated in the loop 212D.
  • each arm 1100 extends from an internal edge of the loop 212D to a corresponding stud 216.
  • each pad 216 inside the loop 212D and sufficiently far from the internal edge of the loop 212D makes it possible to limit optical losses due to the fact that the optical modes propagated in the ring 212C are offset towards the external edge of the 212D loop, and therefore increase the optical quality factor.
  • the loop 212D is fixed to the layer 202 by two studs 216 arranged inside the loop 212D and four arms 1100.
  • Each arm 1100 extends from an internal edge of the loop 212D to a pad 216.
  • each arm 1100 has one end connected to the internal edge of the loop 212D and an opposite end connected to a pad 216.
  • each arm 1100 has one end connected to a stud 216 and an opposite end connected to another stud 216.
  • a single arm 1200 connects the two studs 216.
  • a single pad 216 fixes the resonator 212 to the layer 202, this pad 216 then preferably being placed in the center of the loop 212D to limit as much as possible the optical losses resulting from the pad 216
  • this single pad 216 can be arranged inside the resonator 212 but offset relative to the center of the loop 212D, each holding arm 1100 can then comprise a first portion going from the internal edge of the loop 212D to the. center of the loop 212D and a second portion, common to all the holding arms 1100, going from the center of the loop 212D to the single stud 216.
  • the resonator 212 includes the optional tip 212B.
  • the sidewall 210 can correspond to an external lateral edge of the substrate 200 or to an edge of the substrate 200 corresponding to the edge of a through opening etched through it. the substrate 200.
  • structure 212 is an optical or opto-mechanical resonator defined in layer 214
  • the structure 212 comprising the disk 212A, the circular ring 212C or the closed loop 212D has no optical function and is used as a mechanical resonator 212.
  • This mechanical resonator 212 is fixed to the layer 202 in the same way as this which has been described previously, for example by at least one pad 216 and at least one arm 1100.
  • the pads 216 are arranged between the disc 212A and the layer 202 or inside the ring 212C or the loop 212D. Indeed, anchoring from the inside allows higher mechanical quality factors thanks to reduced mechanical coupling of the resonator 212 with the acoustic modes of the substrate 200.
  • the mechanical resonator 212 is fixed to the layer 212 by a single pad 216 disposed in the center of the disk 212A or at the center of the ring 212C or the center of the loop 212D, where the amplitude of the mechanical mode used is the lowest, which makes it possible to further reduce the mechanical coupling of the resonator 212 with the acoustic modes of the substrate 200
  • a single pad 216 fixes the resonator 212 to the layer 202, this pad being arranged inside the resonator 212 but offset from the center of the disc 212A, the ring 212C or. of loop 212D.
  • each holding arm 1100 can then comprise a first portion going from the internal edge of the ring 212C to the center of the ring 212C and a second portion, common to all the holding arms 1100, going from the center of the ring 212C to the single stud 216.
  • Reading the movement of the mechanical resonator 212 can then be done by non-optical (capacitive for example) or even optical transduction techniques using an optical resonator separated from the mechanical resonator 212 by a space varying with the movements of the mechanical resonator , and by measuring variations in resonance wavelength of the optical resonator resulting from these variations in the space between the mechanical resonator 212 and the optical resonator.

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Abstract

La présente description concerne un dispositif (2) comprenant une première couche (202) comportant une première partie (202A) fixée à une face avant (204) d'un substrat (200) et une deuxième partie (202B) suspendue au-dessus d'un plan comprenant la face avant (204). Le dispositif (2) comprend un résonateur (212) fixé à la deuxième partie (202B) de la première couche (202) et suspendu sous la deuxième partie (202B) de la première couche (202) et au-dessus du plan comprenant la face avant (204) du substrat (200). Seule une première partie du résonateur (212) est en regard du substrat (200) et/ou de la première couche (202) dans une direction orthogonale à la face avant (204).

Description

DESCRIPTION
Dispositif à résonateur mécanique ou op to -mécanique
[0001] La présente demande revendique la priorité de la demande de brevet français FR 22/12956 déposée le 8 décembre 2022 et ayant pour titre "Dispositif à résonateur optique, mécanique ou opto-mécanique", qui est considérée comme faisant partie intégrante de la présente description dans les limites prévues par la loi.
Domaine technique
[0002] La présente description concerne de façon générale les circuits intégrés, et, plus particulièrement, les circuits intégrés photoniques.
Technique antérieure
[0003] Des circuits photoniques connus comprennent un résonateur optique ou opto-mécanique comprenant, par exemple, un disque, un anneau circulaire ou une boucle fermée en forme de piste d'athlétisme ("racetrack" en anglais) , et ayant une partie qui déborde au-delà d'un bord du substrat sur lequel est formé le circuit. La partie du résonateur qui dépasse du bord du substrat est configurée pour interagir avec une surface, par exemple une surface à imager, qui modifie la longueur d'onde de résonance du résonateur optique, par exemple suite à une modification de l'indice optique effectif du résonateur optique résultant du matériau mis en vis-à-vis de la partie débordante du résonateur et de la distance entre ce matériau et la partie débordante du résonateur, et/ou par exemple suite à une déformation du résonateur résultant d'une force exercée sur le résonateur opto-mécanique par la surface. De tels circuits photoniques servent, par exemple, de sondes de force pour les microscopes de force atomique (AFM de l'anglais "Atomic Force Microscope") . [0004] La figure 1 illustre, par une vue de dessus schématique, un exemple théorique, ou idéal, d'un tel circuit photonique 1, la figure 2 étant une vue en coupe schématique de ce circuit 1 prise dans le plan AA de la figure 1.
[0005] Le circuit 1 comprend un substrat 100, par exemple en silicium, dont une partie seulement est représentée en figures 1 et 2.
[0006] Un résonateur optique ou opto-mécanique 102, par exemple en silicium, est fixé au substrat 100 par un plot d'ancrage 104, par exemple en nitrure de silicium, en oxyde de silicium ou en silicium polycris tallin, de sorte que le résonateur soit suspendu au-dessus du substrat 100 et qu'une partie du résonateur 102 déborde au-delà d'un bord ou flanc 110 du substrat, ou, plus généralement, d'un bord 110 du circuit 1. Dans cet exemple, le résonateur 102 comprend un disque 106 et une pointe 108 fixée à la périphérie du disque 106. La pointe 108 est orientée dans une direction parallèle à la face du substrat 100, dite face avant du substrat 100, à laquelle est fixé le plot d'ancrage 104, et orthogonale à l'intersection du bord 110 du substrat 100 avec cette face avant, une partie du résonateur 102 débordant au-delà de l'intersection du bord 110 avec la face avant du substrat. Dans l'exemple des figures 1 et 2, le bord 110 est orthogonal à la face avant du substrat 100.
[0007] La représentation des figures 1 et 2 est idéale en ce que l'intersection du flanc 110 avec la surface avant du substrat 100 au-delà de laquelle dépasse une partie du résonateur 102 est disposé entre le plot 104 et la partie du résonateur 102 qui déborde au-delà du substrat 100, par exemple entre le plot 104 et la pointe 108.
[0008] La figure 3 est une vue en coupe schématique prise dans un plan de coupe similaire au plan AA de la figure 1, illustrant le circuit 1 à une étape de fabrication. [0009] A cette étape, le résonateur 102 et le plot 104 sont noyés dans un matériau 300 gravable sélectivement par rapport au résonateur 102 et au substrat 100. Le matériau 300 peut également être gravable sélectivement par rapport au matériau du plot 104. L'ensemble du matériau 300, du résonateur 102 et du plot 104 forme une couche reposant sur et en contact avec la face avant du substrat 100.
[0010] A cette étape, tout le résonateur 102 est, dans une direction orthogonale à la face avant du substrat 100, en regard du substrat 100, ou, dit autrement, le substrat 100 s'étend encore sous tout le résonateur 102 et au-delà.
[0011] A cette étape, une gravure, par exemple une gravure ionique réactive profonde (DRIE de l'anglais "Deep Reactive Ion Etching") est mise en œuvre depuis la face arrière du substrat 100 jusqu'à la face avant du substrat 100, pour retirer une partie du substrat 100 non revêtue d'un masque de gravure 301 et former le flanc 110 du substrat 100 (figures 1 et 2) . En figure 3, la position souhaitée du flanc 110 est représentée par un trait en pointillés 302.
[0012] Plus particulièrement, le masque 301 recouvre la partie du substrat 100 qui doit être laissée en place (à gauche du trait 302 en figure 3) et ne recouvre pas la partie du substrat 100 que l'on souhaite retirée par gravure (à droite du trait 302 en figure 3) .
[0013] Ensuite, bien que cela ne soit pas illustré ici, le matériau 300 est retiré par gravure sélective par rapport au(x) matériau (x) du substrat 100, du résonateur 102 et, à titre d'exemple, du plot 104 lorsque le matériau 300 est gravable sélectivement par rapport au matériau du plot 104. Dans un autre exemple où le matériau 300 n'est gravable sélectivement par rapport au matériau du plot 104, le temps de la gravure sélective du matériau 300 par rapport au(x) matériau (x) du substrat 100 et du résonateur 102 est limitée de sorte à laisser en place le plot 104. Dans ce dernier cas, les accès de la solution de gravure au plot 104 sont configurés pour permettre de laisser en place le plot 104 en contrôlant le temps de gravure.
[0014] Toutefois, la gravure à travers le substrat 100 présente un angle 0 par rapport au plan de découpe idéal 302, et, en outre, une dispersion d0 sur la valeur de cet angle 0.
[0015] Du fait de l'angle 0, de la dispersion d0 et de l'épaisseur E du substrat 100 qui est de plusieurs centaines de micromètres, la gravure débouche du côté de la face avant du substrat 100 avec un désalignement de plus ou moins A par rapport au plan de découpe idéal 302. Par exemple, pour un angle 0 égal à 1°, une dispersion d0 égale à 1° et une épaisseur E égale 400 pm, A est égal à 7 pm.
[0016] En outre, comme cela est représenté en figure 3 par une double flèche 304, l'alignement du masque 301 avec le trait de découpe 302 visé présente une erreur de plus ou moins d, avec d par exemple égale à 500 nm, ce qui ajoute encore à l'incertitude sur l'endroit où débouche la gravure du côté de la face avant du substrat 100.
[0017] Or, les dimensions maximales que peut avoir la partie suspendue du résonateur 102, c'est à dire toute la partie du résonateur 102 qui n'est pas directement en contact du plot 104 en figures 1 et 2, sont limitées par la position du plot 104. Du fait de l'incertitude sur l'endroit où débouche la gravure du côté de la face avant du substrat 100, la partie du résonateur 102 qui déborde au-delà du substrat 100 peut ne pas assez déborder au-delà du substrat 100, ou bien le substrat 100 peut être gravé sous le plot 104, ce qui rend inopérant le circuit 1.
[0018] Bien que le problème lié à l'incertitude sur l'endroit où débouche la gravure du substrat 100 sur sa face avant ait été présenté dans le cas où l'on cherche à obtenir un flanc 110 orthogonal à la face avant du substrat 100, ce problème se pose également lorsque l'on souhaite obtenir un flanc 110 en dévers pour faciliter l'accès de la sonde (résonateur 102) à une surface à étudier. Lorsque le flanc 110 est en dévers, l'intersection du flanc 110 avec la face avant du substrat 100 est plus proche de la partie du résonateur 102 débordant au-delà du substrat 100 que l'intersection du flanc 110 avec la face arrière du substrat 100 qui est opposée à la face avant. A titre d'exemple, un tel flanc 110 en dévers peut être obtenu avec un substrat 100 en silicium monocristallin en utilisant une gravure anisotrope, par exemple une gravure humide anisotrope, par exemple au moyen d'une solution de gravure comprenant de l' hydroxyde de potassium (KOH) , de l' hydroxyde de tétraméthylamonium (TMAH) ou de 1 ' éthylènediamine pyrocatéchol (EDP) , permettant de découvrir des plans orientés selon une direction cristallographique donnée. Dans le cas d'un flanc 110 en dévers, l'incertitude sur l'endroit où débouche la gravure du substrat 100 sur sa face avant est alors au moins en partie déterminée par l'incertitude sur l'épaisseur du substrat 100.
Résumé de l'invention
[0019] Il existe un besoin d'un circuit photonique dans lequel un résonateur optique ou opto-mécanique déborde au- delà du substrat du circuit palliant tout ou partie des inconvénients des circuits photoniques connus dans lesquels un résonateur optique ou opto-mécanique déborde au-delà du substrat du circuit, par exemple tout ou partie des inconvénients liés à la fabrication de ces circuits connus.
[0020] Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des circuits photoniques connus dans lesquels un résonateur optique ou opto-mécanique déborde au-delà du substrat du circuit, par exemple tout ou partie des inconvénients liés à la fabrication de ces circuits connus.
[0021] Un mode de réalisation prévoit un dispositif comprenant : un substrat ; une première couche comportant une première partie fixée à une face avant du substrat et une deuxième partie suspendue au-dessus d'un plan comprenant la face avant du substrat ; et un résonateur optique, opto-mécanique ou mécanique fixé à la deuxième partie (202B) de la première couche et suspendu sous ladite deuxième partie de la première couche et au-dessus du plan comprenant la face avant du substrat, seulement une première partie du résonateur étant, dans une direction orthogonale à la face avant du substrat, en regard du substrat et/ou de la première couche.
[0022] Selon un mode de réalisation, le résonateur comprend une deuxième partie qui, dans une direction orthogonale à la face avant du substrat, n'est en regard ni de la première couche, ni du substrat.
[0023] Selon un mode de réalisation, dans une direction parallèle à la face avant du substrat, la deuxième partie du résonateur est disposée au-delà d'un bord du substrat et au- delà d'un bord de la première couche.
[0024] Selon un mode de réalisation, dans une direction parallèle à la face avant du substrat et orthogonale à l'intersection dudit bord du substrat avec la face avant du substrat, une dimension de la deuxième partie du résonateur est inférieure à 50 pm.
[0025] Selon un mode de réalisation : le dispositif comprend une deuxième couche ; la deuxième couche est disposée entre la première couche et la face avant du substrat ; et le résonateur est défini dans la deuxième couche.
[0026] Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre au moins une troisième couche disposée entre la face avant du substrat et la deuxième couche, et au moins une quatrième couche disposée entre la deuxième couche et la première couche.
[0027] Selon un mode de réalisation, la première partie de la première couche repose sur un empilement de couches, l'empilement comprenant, de préférence, la deuxième couche.
[0028] Selon un mode de réalisation, le résonateur comprend un anneau circulaire, une boucle en forme de piste d'athlétisme ou un disque.
[0029] Selon un mode de réalisation, le résonateur est fixé à la deuxième partie de la première couche par au moins un plot d'ancrage.
[0030] Selon un mode de réalisation, ledit au moins un plot d'ancrage s'étend en hauteur depuis la deuxième couche jusqu'à la deuxième partie de la première couche.
[0031] Selon un mode de réalisation, ledit au moins un plot d'ancrage est en contact avec le disque ; ou ledit au moins un plot d'ancrage est disposé à l'intérieur d'une région délimitée latéralement par l'anneau et le dispositif comprend des bras de maintien s'étendant chacun depuis un bord interne de l'anneau jusqu' audit au moins un plot d'ancrage ; ou ledit au moins un plot d'ancrage est disposé à l'intérieur d'une région délimitée latéralement par la boucle fermée, de préférence au centre de cette région, et le dispositif comprend des bras de maintien s'étendant chacun depuis un bord interne de la boucle fermée jusqu' audit au moins un plot d ' ancrage . [0032] Selon un mode de réalisation, le résonateur comprend en outre une pointe fixée à la périphérie externe du disque, de l'anneau ou de la boucle fermée.
[0033] Selon un mode de réalisation, la deuxième partie du résonateur comprend la pointe, la pointe s'étendant en longueur dans une direction parallèle à la face avant du substrat et, de préférence, orthogonale à l'intersection dudit bord du substrat avec la face avant du substrat.
[0034] Selon un mode de réalisation, le résonateur est un résonateur optique ou opto-mécanique et le dispositif comprend en outre un guide d'onde défini dans la même couche que le résonateur, une portion du guide d'onde étant couplée optiquement au résonateur.
[0035] Selon un mode de réalisation, la portion du guide d'onde est suspendue entre la deuxième partie de la première couche et un plan comprenant la face avant du substrat, de préférence par des bras de maintien définis dans la même couche que le résonateur optique et s'étendant chacun depuis ladite portion du guide d'onde jusqu'à un plot d'ancrage fixé au substrat ou à la deuxième partie de la première couche.
Brève description des dessins
[0036] Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
[0037] la figure 1, décrite précédemment, représente, par une vue de dessus, un exemple idéal d'un circuit photonique ;
[0038] la figure 2, décrite précédemment, représente une vue en coupe schématique prise dans un plan AA de la figure 1 ;
[0039] la figure 3, décrite précédemment, représente une vue en coupe schématique illustrant une étape de fabrication du circuit des figures 1 et 2 ; [0040] la figure 4 représente, par une vue de dessus schématique, un mode de réalisation d'un circuit photonique ;
[0 041] la figure 5 représente une vue en coupe schématique prise dans le plan AA de la figure 4 ;
[0 042] la figure 6 représente une vue en coupe schématique prise dans le plan BB de la figure 4 ;
[0 043] la figure 7 représente une vue en coupe schématique prise dans le plan BB de la figure 4 selon une variante de réalisation ;
[0 044] la figure 8 représente, par une vue de dessus schématique, une autre variante de réalisation du circuit photonique des figures 4 à 7 ;
[0 045] la figure 9 représente une vue en coupe schématique prise dans le plan AA de la figure 8 ;
[0 046] la figure 10 représente, par une vue de dessus schématique, encore une autre variante de réalisation du circuit photonique des figures 4 à 7 ;
[0 047] la figure 11 représente, par une vue de dessus schématique, encore une autre variante de réalisation du circuit photonique des figures 4 à 7 ; et
[0 048] la figure 12 représente, par une vue de dessus schématique, encore une autre variante de réalisation du circuit photonique des figures 4 à 7.
Description des modes de réalisation
[0 049] De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques. [0050] Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, les procédés de fabrication des circuits photoniques décrits ici n'ont pas été détaillés, la fabrication des modes de réalisation et variantes de ces circuits photoniques à partir d'étapes usuelles de fabrication des circuits photoniques connus étant à la portée de la personne du métier à partir la description ci-dessous.
[0051] Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés mécaniquement entre eux, cela signifie directement en contact sans éléments intermédiaires, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés ou couplés (en anglais "coupled") mécaniquement entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments.
[0052] Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures.
[0053] Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.
[0054] Afin de s'affranchir des inconvénients des circuits photoniques connus décrits précédemment, il est ici proposé un circuit photonique comprenant une couche, dit couche de support, ayant une partie fixée à une face avant du substrat du circuit, et une partie suspendue au-dessus d'un plan de la face avant du substrat. Le résonateur optique ou opto- mécanique est fixé à la partie suspendue de la couche de support, le résonateur étant alors suspendu sous la partie suspendue de la couche de support, c'est à dire sous un plan comprenant une face inférieure de la couche de support qui est tournée vers la face avant du substrat. La fixation du résonateur à la face inférieure de la partie suspendue de la couche de support permet que, dans une direction orthogonale à la face avant du substrat, seule une première partie du résonateur soit en regard de la face avant du substrat et/ou de la face inférieure de la couche de support. Ainsi, dans une direction orthogonale à la face avant du substrat, une deuxième partie du résonateur n'est en regard ni du substrat, ni de la couche de support, et déborde donc au-delà du substrat et de la couche de support.
[0055] La couche de support est moins épaisse que le substrat, son épaisseur étant par exemple au maximum de 100 pm, de préférence au maximum de 10 pm. Ainsi, lorsqu'une portion de la couche de support est retirée par gravure depuis sa face supérieure jusqu'à sa face inférieure pour qu'une partie du résonateur déborde au-delà de la partie de la couche de support laissée en place, l'incertitude sur l'endroit où débouche cette gravure sur la face inférieure de la couche de support est beaucoup plus faible que celle sur l'endroit où débouche, sur la face avant du substrat, une gravure faite depuis la face arrière du substrat jusqu'à la face avant du substrat. Cela permet de relâcher les contraintes sur le positionnement du plot d'ancrage auquel est fixé le résonateur. Cela permet en outre de relâcher les contraintes de gravure à travers le substrat, par exemple les contraintes sur le contrôle de la pente de gravure à travers le substrat.
[0056] Sauf indication contraire, lorsque l'on fait référence à un élément ancré (en anglais "anchored") , fixé (en anglais "fixed") , attaché (en anglais "attached") ou accroché (en anglais "hooked") à la couche de support, cela signifie que cet élément est couplé mécaniquement à la couche de support, elle-même comprenant une partie fixée au substrat. Par exemple, dit autrement, cela signifie que cet élément est couplé mécaniquement au substrat par l'intermédiaire de la couche de support. Par exemple, dit encore autrement, cela signifie que la liaison mécanique entre cet élément et la couche de support est plus courte (ou plus directe) que chaque liaison mécanique que cet élément a avec le substrat.
[0057] De manière symétrique, sauf indication contraire, lorsque l'on fait référence à un élément ancré, fixé, attaché ou accroché au substrat, cela signifie que cet élément est couplé mécaniquement au substrat, lui-même étant couplé à la couche de support. Par exemple, dit autrement, cela signifie que cet élément est couplé à la couche de support par l'intermédiaire du substrat. Par exemple, dit encore autrement, cela signifie que la liaison mécanique entre cet élément et le substrat est plus courte (ou plus directe) que chaque liaison mécanique que cet élément a avec la couche de support .
[0058] Des exemples de modes de réalisation et de variantes de réalisation d'un tel circuit photonique vont maintenant être décrits en relation avec les figures 4 à 12.
[0059] La figure 4 représente, par une vue de dessus schématique, un mode de réalisation d'un circuit photonique 2, la figure 5 étant une vue en coupe schématique prise dans le plan AA de la figure 4 et la figure 6 étant une vue en coupe schématique prise dans le plan BB de la figure 4. Dans ces figures, seule une partie du circuit 2 et de son substrat 200 est représentée.
[0060] Le circuit photonique 2, ou dispositif 2, comprend un substrat 200, par exemple un substrat semiconducteur, par exemple en silicium. Dit autrement, le circuit 2 est formé sur le substrat 200. A titre d'exemple, le substrat 200 a une épaisseur de plusieurs centaines de micromètres, par exemple une épaisseur d'au moins 200 pm.
[0061] Le circuit 2 comprend une couche 202, dite couche de support 202. A titre d'exemple, l'épaisseur de la couche 202 est inférieure à 100 pm, par exemple sensiblement égale à 10 pm bien que cette épaisseur puisse être par exemple inférieure à 10 pm, voire inférieure à 1 pm.
[0062] La couche 202 comprend une première partie 202A fixée au substrat 200, et, plus particulièrement à une face avant 204 du substrat 200 (face supérieure dans les figures 4 et 5) . La partie 202A de la couche 200 est fixée au substrat 200, par exemple, par un empilement 203 de couches, l'empilement 203 ayant une surface connectée à une face inférieure 206 de la couche 202 et une surface connectée à la face avant du substrat 200. A titre d'exemple alternatif, la partie 202A de la couche 200 est fixée par un plot en le même matériau que celui de la couche 202 et/ou du substrat 200, ce plot remplaçant l'empilement 203 et ayant une surface connectée à la couche 202 et une surface connectée à la face avant du substrat 200.
[0063] La couche 202 comprend en outre une deuxième partie 202B suspendue au-dessus du substrat 200, c'est à dire au- dessus d'un plan comprenant la face 204 du substrat 200.
[0064] Les deux portions 202A et 202B de la couche 202 sont connectées l'une à l'autre. Dit autrement, la partie 202B de la couche 200 est dans le prolongement de la partie 202A de la couche 200, ou, dit encore autrement, la couche 200 est continue à la limite entre ses portions 202A et 202B. La limite entre les parties 202A et 202B de la couche 200 est indiquée par un double trait en pointillés 208 en figure 4, et par un trait simple en pointillés également référencé 208 en figures 5 et 6. [0065] La partie suspendue 202B de la couche 202 déborde au moins en partie au-delà d'un bord, ou flanc, 210 du substrat 200 dans une direction parallèle au plan de la face 204 et orthogonale à l'intersection, ou jonction, du flanc 210 avec la face 204 du substrat 200. En figure 4, la position du flanc 204 sous la couche 202 est indiquée par un trait double en pointillés également référencé 210.
[0066] Dans l'exemple des figures 4 à 6, le flanc 210 est représenté comme étant orthogonal à la face 204 du substrat 200 bien que, en pratique, ce flanc 210 puisse être incliné par rapport à la normale à la face 204, soit de manière volontaire pour que le flanc 210 soit en dévers comme cela a été décrit précédemment en relation avec les figures 1 à 3, soit en raison de la pente de gravure du substrat 200.
[0067] Dans l'exemple des figures 4 à 6, la partie suspendue 202B de la couche 202 comprend une région disposée en face du substrat 200 dans une direction orthogonale à la face 204, bien que, dans d'autres exemples non illustrés, la partie 202B de la couche 200 ne comprenne aucune région disposée en face du substrat dans une direction orthogonale à la face 204.
[0068] Le circuit 2 comprend un résonateur optique ou opto- mécanique 212. Le résonateur 212 est formé dans, ou défini dans, une couche 214. La couche 214 est en un matériau adapté à guider la lumière aux longueurs d'onde de fonctionnement du circuit 2. Par exemple, la couche 214 est en silicium, en nitrure de silicium, en arsenic gallium ou en germanium.
[0069] La couche 214 est disposée entre le substrat 200 et la couche 202. Par exemple, l'empilement 203 de couches comprend une portion de la couche 214.
[0070] Selon un mode de réalisation, comme c'est le cas dans les figures 4 à 6, le résonateur 212 comprend un disque 212A. De manière optionnelle, le résonateur 212 comprend une pointe 212B fixée à la périphérie du disque 212A. De préférence, la pointe 212B s'étend en longueur dans une direction parallèle à la face 204 et orthogonale à l'intersection du flanc 210 avec la face 204 du substrat 200.
[0071] Le résonateur 212, et plus particulièrement le disque 212A du résonateur 212 dans l'exemple des figures 4 à 6, est fixé à la partie suspendue 202B de la couche de support 202. Le résonateur 212 est suspendu sous la couche 202, et plus exactement, sous la partie suspendue 202B de cette couche 202. Le résonateur 212 est également suspendu au-dessus d'un plan comprenant la face 204 du substrat.
[0072] Plus exactement, le résonateur 212 est fixé à la partie suspendue 202B de la couche 202 par au moins un plot d'ancrage 216. Chaque plot 216 s'étend en hauteur depuis la couche 214 jusqu'à la couche 202, et, plus particulièrement, jusqu'à la face 206 de la couche 202.
[0073] De préférence, lorsque le résonateur 212 comprend un disque 212A, chaque plot 216 s'étend entre le disque 212A et la couche 202 et est disposé suffisamment loin du bord du disque 212A, par exemple à plus de 1 pm du bord du disque 212A, pour ne pas perturber les modes optiques qui sont propagés dans le disque 212A et sont déportés vers la périphérie du disque 212A. La fixation de chaque plot 216 directement au disque 212A mais suffisamment loin du bord du disque 212A permet de limiter les pertes optiques du fait que les modes optiques propagés dans le disque 212A sont déportés vers la périphérie du disque 212A, et donc d'augmenter le facteur de qualité optique.
[0074] De préférence, un unique plot 216 fixe le résonateur 212 à la couche 202, ce plot 216 étant alors de préférence disposé au centre du disque 212A pour limiter le plus possible les pertes optiques résultant du plot 216. [0075] En figures 4 à 6, le plot 216 est indiqué par une croix .
[0076] Une première partie seulement du résonateur 212 (la partie délimitée par un trait en pointillés en figure 4) est, dans une direction orthogonale à la face 204, disposée en face du substrat 200 et/ou de la partie suspendue 202B de la couche 200. Ainsi, le résonateur 212 comprend une deuxième partie qui, dans une direction orthogonale à la face 204, n'est pas disposée en face du substrat 200 ou de la couche 202. Cette deuxième partie du résonateur 212 déborde donc au- delà du flanc 210 du substrat 200 et également au-delà de la couche 202, par exemple dans une direction parallèle à la face 204 et orthogonale à l'intersection du flanc 210 avec la face 204 du substrat 200. Lorsque le résonateur 212 comprend la pointe 212B, cette dernière fait partie de la deuxième partie du résonateur 212, c'est à dire qu'aucune portion de la pointe 212B n'est en face du substrat 200 ou de la couche 202 dans une direction orthogonale à la face 204 du substrat 200.
[0077] Selon un mode de réalisation, la deuxième partie du résonateur 212 a, dans une direction parallèle à la face 204 et orthogonale à l'intersection du flanc 210 avec la face 204 du substrat 200, une dimension ou longueur inférieure à 50 pm.
[0078] A titre d'exemple, lors de la fabrication du circuit 2, la couche 214 repose initialement sur une couche 218, reposant elle-même sur le substrat 200. Puis différents éléments, dont le résonateur 212, sont définis par gravure dans la couche 214. A cette étape de gravure de la couche 214, une portion de la couche 214 peut être laissée en place à l'emplacement de l'empilement 203, de sorte que l'empilement 203 comprenne cette portion de la couche 214. Ensuite, au moins une couche 220 est formée sur l'ensemble puis la couche 202 est formée, par dépôt ou par report, sur la couche 220. Le plot d'ancrage 216 peut être en le même matériau que la couche 202 en prévoyant une ouverture dans la couche 220 jusqu'au résonateur 212 qui sera remplie par le matériau de la couche 202 lors de son dépôt, ou encore en un autre matériau en remplissant l'ouverture dans la couche 220 avec ce matériau avant de former la couche 202. Les couches 218 et 220 sont en des matériaux gravables sélectivement par rapport aux matériaux des couches 214 et 202 et du substrat 200. Des portions de la couche 202 et du substrat 200 sont ensuite retirées lors de deux étapes de gravure respectives, puis des portions des couches 218 et 220 sont retirées par gravure sacrificielle sélective par rapport aux couches 202 et 214 et au substrat 200 pour obtenir le circuit 2. A titre d'exemple, la ou les gravures des couches 218 et 220 sont sélectives par rapport au matériau du plot 216. A titre d'autre exemple, le plot 216 est en le même matériau que celui de la couche 220 et la personne du métier sera alors en mesure de prévoir des ouvertures dans la couche 202 et/ou dans la couche 214 de sorte qu'en contrôlant le temps de gravure de la couche 220, le plot 216 soit laissé en place à la fin de la gravure.
[0079] Dans l'exemple de procédé de fabrication ci-dessus, lorsque la couche 214 est une couche semiconductrice, par exemple en silicium, et que la couche 218 est une couche isolante, par exemple en oxyde de silicium, la couche 214 peut correspondre à la couche semiconductrice d'une structure de type semiconducteur sur isolant (SOI de l'anglais "Semiconductor On Insulator") formée sur le substrat 200.
[0080] Toujours dans l'exemple de procédé de fabrication ci- dessus, dans le circuit 2, l'empilement 203 comprend une portion laissée en place de la couche 218, et peut ou non comprendre une portion laissée en place de la couche 220. En effet, il est possible que l'empilement 203 ne comprenne pas de portion laissée en place de la couche 220en prévoyant que, après la formation de la couche 220 sur la couche 214, une ouverture soit gravée dans la couche 220 jusqu'à la couche 214 à l'emplacement de l'empilement 203. Ainsi, lorsque la couche 202 est ensuite formée par dépôt sur la couche 220, à l'emplacement de l'empilement, le matériau de la couche 202 vient directement au contact de la couche 214 du fait de l'ouverture traversante dans la couche 220. La couche 202 peut ensuite être planarisée. Dans encore un autre exemple, l'empilement est remplacé par un plot en un matériau identique à celui de la couche 202. Pour cela, à l'emplacement de ce plot, avant le dépôt de la couche 202, une ouverture est gravée à travers les couches 220, 214 et 218 jusqu'au substrat 200, de sorte que, lors de la formation de la couche 202 par dépôt du matériau de cette couche sur la couche 220, ce matériau remplisse l'ouverture et y forme le plot.
[0081] Dans un autre exemple, la couche 202 correspond à une portion d'un premier substrat, par exemple semiconducteur, par exemple en silicium, la couche 220 reposant alors sur ce premier substrat et la couche 214 reposant alors sur la couche 220. De la même manière que précédemment, des éléments, dont le résonateur 212, sont formés dans la couche 214. Un matériau de remplissage, par exemple identique au matériau de la couche 218, est déposé puis planarisé en s'arrêtant avant ou sur la couche 214. Le substrat 200 revêtu de la couche 218 est ensuite reporté sur la structure avant d'amincir le premier substrat de manière à n'en laisser que la couche 202. Les étapes suivantes pour obtenir le circuit 2 sont ensuite similaires à ce qui a été décrit pour l'autre exemple ci- dessus .
[0082] Dans cet autre exemple de procédé de fabrication, lors du report du substrat 200 sur la structure comprenant le premier substrat, la couche 218 peut déjà faire partie de la structure et reposer alors sur la couche 214 plutôt que de revêtir le substrat 200, et le substrat 200 est alors mis en contact avec la couche 218 lors de l'étape de report.
[0083] Dans cet autre exemple de procédé de fabrication, lorsque la couche 214 est une couche semiconductrice, par exemple en silicium, et que la couche 220 est une couche isolante, par exemple en oxyde de silicium, la couche 214 peut correspondre à la couche semiconductrice d'une structure de type semiconducteur sur isolant (SOI de l'anglais "Semiconductor On Insulator") formée sur le premier substrat.
[0084] Bien entendu, les deux façons de fabriquer le circuit 2 qui sont décrites ci-dessus ne sont que des exemples, et la personne du métier est en mesure, à partir de la présente description, de prévoir d'autres procédés de fabrication du circuit 2 en utilisant des étapes étant chacune usuelle dans la fabrication des circuits photoniques. En particulier, la personne du métier sera en mesure d'adapter les exemples de procédés de fabrication décrits ci-dessus pour obtenir un empilement 203 comprenant une portion de chacune des couches 220, 214 et 218, ou un empilement 203 comprenant uniquement une portion de chacune des couches 220 et 214, ou un empilement 203 comprenant uniquement une portion de chacune des couches 218 et 214, ou un empilement 203 comprenant uniquement une portion de la couche 214, voir même pour obtenir un plot en le matériau de la couche 202 et/ou du substrat 200 en lieu et place de l'empilement 203.
[0085] De préférence, le circuit 2 ne comprend qu'une seule couche 220 et une seule couche 218. Toutefois, la couche 220 peut correspondre à une pluralité de couches empilées les unes sur les autres et/ou la couche 218 peut correspondre à une pluralité de couches empilées les unes sur les autres.
[0086] A titre d'exemple, les deux couches sacrificielles 218 et 220 sont en un même matériau, gravable sélectivement par rapport au(x) matériau (x) des couches 214 et 202, du substrat 200, et, par exemple du plot 216. Toutefois, dans d'autre exemple, les couches 218 et 220 peuvent être en des matériaux différents, chacun gravable sélectivement par rapport au(x) matériau (x) des couches 214 et 202, du substrat 200 et, par exemple, du plot 216.
[0087] A titre d'exemple, le substrat 200 est en silicium ou en arsenic-gallium.
[0088] A titre d'exemple, la couche 218 est une couche d'oxyde de silicium ou un polymère photonique tel que par exemple le BCB benzocyclobutene .
[0089] A titre d'exemple, la couche 220 est une couche d'oxyde de silicium ou un polymère photonique tel que par exemple le BCB benzocyclobutene.
[0090] A titre d'exemple, le plot 216 est en silicium, en nitrure de silicium ou en oxyde de silicium.
[0091] A titre d'exemple, l'épaisseur de la couche 214 est comprise entre 40 et 1000 nm, par exemple entre 50 et 500 nm.
[0092] A titre d'exemple, l'épaisseur de la couche 220 est supérieure à 500 nm, de sorte que la portion de la couche 202 disposées au-dessus du résonateur 212 ne modifient pas les propriétés optiques du résonateur 212.
[0093] A titre d'exemple, l'épaisseur de la couche 218 est supérieure à 500 nm de sorte que le substrat 200 soit suffisamment éloigné du résonateur 212 pour ne pas en modifier les propriétés optiques.
[0094] Comme cela a été indiqué précédemment, sous la partie non suspendue 202A de la couche 202, la couche 218 est, par exemple, disposée entre la face 204 du substrat 200 et la couche 214, et la couche 220 est, par exemple, disposée entre la couche 214 et la face 206 de la couche 202. De préférence, le circuit 2 ne comprend pas d'autre couche que la couche 218 entre la face 204 du substrat 200 et la couche 214, et ne comprend pas d'autre couche que la couche 220 entre la couche 214 et la face 206 de la couche 202.
[0095] Bien entendu, la personne du métier est en mesure d'adapter les matériaux des couches 202, 214, 218 et 220, du substrat 200 et, par exemple, du plot 216 en conservant les sélectivités de gravure indiquées précédemment entre le substrat 200 et la couche 218, les couches 218 et 220 par rapport aux couches 214 et 202 et au substrat 200, par exemple lorsque la couche 214 est en un matériau autre que du silicium.
[0096] En pratique, bien que cela n'ait pas été indiqué jusqu'ici, le circuit 2 comprend un guide d'onde 222 formé dans, ou défini dans, la couche 214. Ce guide d'onde 222 comprend une portion 224 couplée optiquement au résonateur 212.
[0097] La portion 224 du guide d'onde 222 est, comme le résonateur 212 suspendue sous un plan comprenant la face 206 de la couche 202 et au-dessus d'un plan comprenant la face 204 du substrat 200.
[0098] Selon un mode de réalisation, comme c'est le cas dans l'exemple des figures 4 à 6, la portion 224 du guide d'onde 222 est suspendue au-dessus du substrat 200 et sous la couche 202.
[0099] Selon un mode de réalisation, la portion 224 du guide d'onde 222 est fixée au substrat 200, et plus particulièrement à la face 204 du substrat 200. Pour cela, le circuit 2 comprend des bras de maintien 226 ayant chacun une extrémité connectée à la portion 224 du guide d'onde 222, et une extrémité opposée connecté à un plot d'ancrage 228, lui-même connecté à la face 204 du substrat 200. En figures 4 à 6, les plots 228 sont repérés chacun par une croix. Chaque plot 228 est, par exemple, en un matériau permettant que la gravure des couches sacrificielles 218 et 220 soit sélective par rapport à ce matériau. A titre d'exemple alternatif, chaque plot 228 est en le même matériau que celui de la couche 220 et/ou 218, le retrait des couches 218 et 220 par gravure sélective par rapport au(x) matériau (x) de la couche 214, de la couche 220 et du substrat 200 étant alors mis en œuvre en contrôlant le temps de gravure de sorte à laisser en place les plots 228 à la fin de cette gravure. Dans cet exemple alternatif, les accès de la solution de gravure aux plots 228 sont configurés pour permettre de laisser en place les plots 228 en contrôlant le temps de gravure. A titre d'exemple, chaque bras de maintien 226 correspond à une poutre ou à une plusieurs poutres mises bout à bout pour former au moins un méandre.
[0100] Dans l'exemple des figures 4 à 6, la portion 224 du guide d'onde 222 est disposée entre le résonateur 212 et l'empilement 203 de couches 218, 214, 220 sur lequel repose la partie 202A de la couche 202.
[0101] Des variantes de réalisation du circuit 2 vont maintenant être décrites en relation avec les figures 7 à 12. Sauf indication contraire, tous ce qui a été décrit pour le circuit 2 des figures 4 à 6 s'applique aux circuits 2 selon ces variantes de réalisation.
[0102] La figure 7 représente une vue en coupe schématique prise dans le plan BB de la figure 4 selon une variante de réalisation du circuit 2.
[0103] Le circuit 2 de la figure 7 diffère de celui des figures 4 à 6 uniquement du fait que la portion 224 du guide d'onde 222 est, dans la variante de réalisation de la figure 7, fixée à la partie suspendue 202B de la couche 202 plutôt qu'au substrat 200. Dans ce cas, les plots d'ancrage 228 ne sont plus connectés au substrat 200 mais à la partie 202B de la couche 202, et, plus particulièrement, à la face 206 de la couche 202. A titre d'exemple, les plots 228 sont alors similaires ou identiques au plots 216 (figures 4 et 5) . [0104] Du fait que le résonateur 212 et la portion 224 du guide d'onde 22 sont tout les deux fixés à la partie suspendue 202B de la couche 202, les dimensions de l'espace entre la portion 224 du guide d'onde 222 et le résonateur où le guide d'onde 222 est couplé optiquement au résonateur 212 sont indépendante des déformations que pourraient subir le substrat 200.
[0105] En outre, de la même façon que la connexion du plot 216 à la partie suspendue 202B de la couche 202 plutôt qu'au substrat 200 permet de relâcher les contraintes sur le positionnement du plot 216 qui résultent de la gravure du substrat 200 depuis sa face arrière jusqu'à sa face avant pour y définir le flanc 210, connecter les plots 228 à la partie suspendue 202B de la couche 202 plutôt qu'au substrat 200 permet de relâcher les contraintes sur le positionnement des plots 228.
[0106] La figure 8 représente, par une vue de dessus schématique, une autre variante de réalisation du circuit photonique 2 des figures 4 à 6, la figure 9 étant une vue en coupe schématique prise dans le plan AA de la figure 8.
[0107] Dans cette variante, le circuit 2 diffère de ce qui a été décrit en relation avec la figure 7 du fait que le résonateur 212 ne comprend aucune partie qui, dans une direction orthogonale à la face 204 du substrat 200, est en face du substrat 200. Toutefois, le résonateur 212 comprend une première partie qui, dans une direction orthogonale à la face 204, est en face de la partie suspendue 202B de la couche 202, et une deuxième partie qui, dans cette direction, n'est en face ni du substrat 200, ni de la couche 202.
[0108] Par ailleurs, dans l'exemple des figures 8 et 9, la portion 224 du guide d'onde 222 est fixée à la partie suspendue 202B de la couche 202. Dans ce cas, comme cela est illustré par les figures 8 et 9, cette portion 224 du guide d'onde 222 peut elle aussi ne comprendre aucune partie qui, dans une direction orthogonale à la face 204, est disposée en face du substrat 200.
[0109] Dans un autre exemple non illustré, la portion 224 du guide d'onde 222 est, dans une direction orthogonale à la face 204, disposée au moins en partie en face du substrat 200, les plots 228 pouvant alors être connectés soit au substrat 200, soit à la partie suspendue 202B de la couche 202.
[0110] La figure 10 représente, par une vue de dessus schématique, encore une autre variante de réalisation du circuit photonique 2 des figures 4 à 9.
[0111] Le circuit 2 selon cette variante de réalisation diffère des circuits 2 décrits précédemment en relation avec les figures 4 à 9 par la forme de la partie suspendue 202B de la couche 202.
[0112] En effet, dans les exemples de modes de réalisation et de variantes de réalisation des figures 4 à 9, cette partie suspendue 202B a une forme sensiblement rectangulaire, et présente donc un bord droit 1000 (voir figures 4 à 9) au-delà duquel déborde le résonateur 212 dans une direction parallèle à la face 204 du substrat 200 et orthogonale à l'intersection du flanc 210 avec la face avant 204 du substrat 200.
[0113] Dans cette variante, la partie suspendue 202B de la couche 202 a une forme différente, dont un exemple est illustré par la figure 10. Toutefois, comme dans les modes de réalisation et variantes de réalisation décrits précédemment, le résonateur 212 comprend une deuxième partie qui, dans une direction orthogonale à la face 204 du substrat 200, n'est ni en face du substrat 200, ni en face de la partie suspendue 202B de la couche 202, et qui, dans une direction parallèle à la face 204 du substrat 200 et orthogonale à l'intersection du flanc 210 avec la face avant 204 du substrat 200, dépasse au-delà de la partie suspendue 202B de la couche 202.
[0114] La personne du métier est en mesure de prévoir d'autres formes de la partie suspendue 202B de la couche 202 que celles illustrées, à titre d'exemple, en relation avec les figures 4 à 10.
[0115] Bien que, dans l'exemple de la figure 10, la portion 224 du guide d'onde 222 ne comprend aucune partie disposée en face du substrat 200 dans une direction orthogonale à la face 204 du substrat 200 et les plots 228 sont alors connectés à la partie 202B de la couche 202, dans d'autres exemples non illustrés, cette portion 224 du guide d'onde 222 est disposée en face du substrat 200 dans une direction orthogonale à la face 204 du substrat 200, les plots 228 pouvant alors être connectés soit au substrat 200, soit à la partie suspendue 202B de la couche 202.
[0116] En outre, dans l'exemple de la figure 10, le résonateur 212 ne comprend aucune partie qui est disposée en face du substrat 200 dans une direction orthogonale à la face 204 du substrat 200. Toutefois, dans d'autres exemples non illustrés, le résonateur 212 peut comprendre, comme dans l'exemple des figures 4 à 6, une partie seulement qui est disposée en face du substrat 200 dans une direction orthogonale à la face 204 du substrat 200.
[0117] La figure 11 représente, par une vue de dessus schématique, encore une autre variante de réalisation du circuit photonique 2 des figures 4 à 10.
[0118] Dans cette variante, le circuit 2 diffère des circuits 2 selon les modes de réalisation et les variantes de réalisation décrits précédemment en relation avec les figures 4 à 10 par le fait qu'il ne comprend pas un disque 212A, mais un anneau circulaire 212C. L'anneau 212C est fixé à la partie suspendue 202B de la couche 202.
[0119] Par exemple, l'anneau 212C est fixé à la partie suspendue 202B de la couche 202 par au moins un plot d'ancrage 216 et au moins un bras de maintien 1100, par exemple trois bras 1100 dans l'exemple de la figure 11 bien que dans d'autres exemples non illustrés le circuit 2 comprenne uniquement un seul bras 1100, deux bras 1100 ou plus de trois bras 1100. Chaque plot 216 s'étend en hauteur depuis la couche 202 jusqu'à un plan comprenant la face de la couche 214 tournée vers la couche 202. Chaque bras 1100 est similaire aux bras 226 et est donc défini dans la couche 214 (non référencée en figure 11) . Chaque bras 1100 s'étend depuis un bord de l'anneau 212C jusqu'à un plot 216. Dit autrement, chaque bras 1100 a une extrémité connectée à l'anneau 212C et une extrémité opposée connectée à un plot 216.
[0120] De préférence, lorsque le résonateur 212 comprend un anneau 212C, chaque plot 216 est disposé à l'intérieur de l'anneau 212C, c'est à dire que chaque plot 216 est disposée dans une région délimitée latéralement par le bord interne de l'anneau 212C, et est disposé suffisamment loin du bord interne de l'anneau, par exemple à plus de 1 pm du bord de l'anneau 212C, pour ne pas perturber les modes optiques qui sont propagés dans l'anneau 212C. Dans ce cas, chaque bras 1100 s'étend depuis un bord interne de l'anneau 212C jusqu'à un plot 216 correspondant. La disposition de chaque plot 216 à l'intérieur de l'anneau 212C et suffisamment loin du bord interne de l'anneau 212C permet de limiter les pertes optiques du fait que les modes optiques propagés dans l'anneau 212C sont déportés vers le bord externe de l'anneau 212C, et donc d'augmenter le facteur de qualité optique.
[0121] De préférence, un unique plot 216 fixe le résonateur 212 à la couche 202, ce plot 216 étant alors de préférence disposé au centre de l'anneau 212C pour limiter le plus possible les pertes optiques résultant du plot 216.
[0122] A titre d'exemple alternatif, un unique plot 216 fixe le résonateur 212 à la couche 202, ce plot étant disposé à l'intérieur du résonateur 212 mais décalé par rapport au centre de l'anneau. Chaque bras de maintien 1100 peut alors comprendre une première portion allant du bord interne de l'anneau 212C jusqu'au centre de l'anneau 212C et une deuxième portion, commune à tous les bras de maintien 1100, allant du centre de l'anneau 212C jusqu'à l'unique plot 216.
[0123] On pourrait disposer plusieurs ensembles d'un bras 1100 et d'un plot 216 de sorte que les plots 216 soient à l'extérieur de l'anneau 212C et que chaque bras 1100 s'étende alors depuis un bord externe de l'anneau 212C jusqu'à un plot 216 correspondant. Toutefois, par rapport au cas où les bras 1100 sont connectés au bord interne de l'anneau 212C comme cela a été décrit ci-dessus, cette autre configuration aurait présentée des pertes optiques plus importantes.
[0124] Dans l'exemple de la figure 11, le résonateur 212 comprend la pointe 212B optionnelle.
[0125] La figure 12 représente, par une vue de dessus schématique, encore une autre variante de réalisation du circuit photonique 2 des figures 5 à 11.
[0126] Dans cette variante, le circuit 2 diffère des circuits 2 selon les modes de réalisation et les variantes de réalisation décrits précédemment en relation avec les figures 4 à 11 par le fait qu'il ne comprend pas un disque 212A ou un anneau circulaire 212C, mais une boucle fermée 212D par exemple en forme de piste d'athlétisme ("racetrack" en anglais) , ou, dit autrement, par exemple en forme d'anneau oblong. Par exemple, l'anneau 212D comprend deux portions rectilignes parallèles reliant entre elles deux portions en demi-cercle. A titre d'exemple alternatif, les deux portions en demi-cercle sont reliées entre elles par deux portions rectilignes non parallèles lorsque les deux portions en demi- cercle n'ont pas le même rayon, ou, plus généralement, par deux portions qui peuvent être rectilignes ou présenter des méandres. La boucle 212D est fixée à la partie suspendue 202B de la couche 202.
[0127] Par exemple, la boucle 212D est fixée à la partie suspendue 202B de la couche 202 par au moins un plot d'ancrage 216 et au moins un bras de maintien 1100. Chaque plot 216 s'étend en hauteur depuis la couche 202 jusqu'à un plan comprenant la face de la couche 214 tournée vers la couche 202. Chaque bras 1100 est similaire aux bras 226 et est donc défini dans la couche 214 (non référencée en figure 12) . Chaque bras 1100 s'étend depuis un bord de la boucle 212D jusqu'à un plot 216. Dit autrement, chaque bras 1100 a une extrémité connectée à la boucle 212D et une extrémité opposée connectée à un plot 216.
[0128] De préférence, lorsque le résonateur 212 comprend une boucle 212D, chaque plot 216 est disposé à l'intérieur de l'anneau 212D, c'est à dire que chaque plot 216 est disposée dans une région délimitée latéralement par le bord interne de la boucle 212D, et est disposé suffisamment loin du bord interne de la boucle 212D, par exemple à plus de 1 pm du bord de la boucle 212D, pour ne pas perturber les modes optiques qui sont propagés dans la boucle 212D. Dans ce cas, chaque bras 1100 s'étend depuis un bord interne de la boucle 212D jusqu'à un plot 216 correspondant. La disposition de chaque plot 216 à l'intérieur de la boucle 212D et suffisamment loin du bord interne de la boucle 212D permet de limiter les pertes optiques du fait que les modes optiques propagés dans l'anneau 212C sont déportés vers le bord externe de la boucle 212D, et donc d'augmenter le facteur de qualité optique. [0129] Dans l'exemple de la figure 12, la boucle 212D est fixée à la couche 202 par deux plots 216 disposés à l'intérieur de la boucle 212D et quatre bras 1100. Chaque bras 1100 s'étend depuis un bord interne de la boucle 212D jusqu'à un plot 216. Dit autrement, chaque bras 1100 a une extrémité connectée au bord interne de la boucle 212D et une extrémité opposée connectée à un plot 216. Par exemple, en figure 12 où le circuit 2 comprend deux plots 216, deux des quatre bras 1100 s'étendent chacun depuis le bord interne de la boucle 212D jusqu'à un premier des deux plots 216, les deux autres bras 1100 s'étendant chacun depuis le bord interne de la boucle 212D jusqu'au deuxième plots 216. A titre d'exemple, comme cela est illustré en figure 12, lorsque le circuit 2 comprend au moins deux plots 216 disposés à l'intérieur de la boucle 212D, ces plots peuvent être couplés mécaniquement entre eux par des bras 1200 de renfort mécanique similaires aux bras 1100 et 226. Dans ce cas, chaque bras 1200 a une extrémité connectée à un plot 216 et une extrémité opposée connectée à un autre plot 216. Dans l'exemple particulier de la figure 12, un seul bras 1200 relie les deux plots 216.
[0130] A titre d'exemple alternatif non illustré, un unique plot 216 fixe le résonateur 212 à la couche 202, ce plot 216 étant alors de préférence disposé au centre la boucle 212D pour limiter le plus possible les pertes optiques résultant du plot 216. Toutefois, ce plot unique 216 peut être disposé à l'intérieur du résonateur 212 mais décalé par rapport au centre de la boucle 212D, chaque bras de maintien 1100 pouvant alors comprendre une première portion allant du bord interne de la boucle 212D jusqu'au centre de la boucle 212D et une deuxième portion, commune à tous les bras de maintien 1100, allant du centre de la boucle 212D jusqu'à l'unique plot 216. [0131] On pourrait disposer plusieurs ensembles d'un bras 1100 et d'un plot 216 de sorte que les plots 216 soient à l'extérieur de la boucle 212D et que chaque bras 1100 s'étende alors depuis un bord externe de la boucle 212d jusqu'à un plot 216 correspondant. Toutefois, par rapport au cas où les bras 1100 sont connectés au bord interne de la boucle 212D comme cela a été décrit ci-dessus, cette autre configuration aurait présentée des pertes optiques plus importantes.
[0132] Dans l'exemple de la figure 12, le résonateur 212 comprend la pointe 212B optionnelle.
[0133] Dans les exemples de modes de réalisation et de variantes de réalisation décrits précédemment, le flanc 210 peut correspondre à un bord latéral externe du substrat 200 ou bien à un bord du substrat 200 correspondant au bord d'une ouverture traversante gravée à travers le substrat 200.
[0134] En outre, bien que l'on ait décrit précédemment des modes de réalisation et variantes de réalisation dans lesquels la structure 212 est un résonateur optique ou opto-mécanique défini dans la couche 214, dans d'autres modes de réalisation non illustrés, la structure 212 comprenant le disque 212A, l'anneau circulaire 212C ou la boucle fermée 212D n'a pas de fonction optique et est utilisée comme résonateur mécanique 212. Ce résonateur mécanique 212 est fixé à la couche 202 de la même manière que ce qui a été décrit précédemment, par exemple par au moins un plot 216 et au moins un bras 1100. De préférence, les plots 216 sont disposés entre le disque 212A et la couche 202 ou à l'intérieur de l'anneau 212C ou de la boucle 212D. En effet, un ancrage par l'intérieur permet des facteurs de qualité mécanique plus élevés grâce à un couplage mécanique du résonateur 212 réduit avec les modes acoustiques du substrat 200.
[0135] De préférence, le résonateur mécanique 212 est fixé à la couche 212 par un unique plot 216 disposé au centre du disque 212A ou au centre de l'anneau 212C ou centre de la boucle 212D, là où l'amplitude du mode mécanique utilisé est la plus faible, ce qui permet de réduire encore le couplage mécanique du résonateur 212 avec les modes acoustiques du substrat 200. Toutefois, à titre d'exemple alternatif, un unique plot 216 fixe le résonateur 212 à la couche 202, ce plot étant disposé à l'intérieur du résonateur 212 mais décalé par rapport au centre du disque 212A, de l'anneau 212C ou de la boucle 212D. Dans le cas de l'anneau 212C ou de la boucle 212D, chaque bras de maintien 1100 peut alors comprendre une première portion allant du bord interne de l'anneau 212C jusqu'au centre de l'anneau 212C et une deuxième portion, commune à tous les bras de maintien 1100, allant du centre de l'anneau 212C jusqu'à l'unique plot 216.
[0136] La lecture du mouvement du résonateur mécanique 212 peut alors se faire par des techniques de transduction non optique (capacitive par exemple) ou même optique en utilisant un résonateur optique séparé du résonateur mécanique 212 par un espace variant avec les mouvements du résonateur mécanique, et en mesurant des variations de longueur d'onde de résonance du résonateur optique résultant de ces variations de l'espace entre le résonateur mécanique 212 et le résonateur optique.
[0137] Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d'autres variantes apparaîtront à la personne du métier.
[0138] Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. En particulier, à partir de la description faite ci-dessus du circuit 2, la personne du métier est en mesure de mettre en œuvre le procédé de fabrication de ce circuit 2 , en utilisant des étapes étant chacune usuelle dans les procédés de fabrication des circuits photoniques .

Claims

REVENDICATIONS Dispositif (2) comprenant : un substrat (200) ; une première couche (202) comportant une première partie (202A) fixée à une face avant (204) du substrat (200) et une deuxième partie (202B) suspendue au-dessus d'un plan comprenant la face avant (204) du substrat (200) ; et un résonateur opto-mécanique ou mécanique (212) fixé à la deuxième partie (202B) de la première couche (202) et suspendu sous ladite deuxième partie (202B) de la première couche (202) et au-dessus du plan comprenant la face avant (204) du substrat (200) , seulement une première partie du résonateur (212) étant, dans une direction orthogonale à la face avant (204) du substrat (200) , en regard du substrat (200) et/ou de la première couche (202) . Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le résonateur (212) comprend une deuxième partie qui, dans une direction orthogonale à la face avant (204) du substrat, n'est en regard ni de la première couche (202) , ni du substrat (200) . Dispositif selon la revendication 2, dans lequel, dans une direction parallèle à la face avant (204) du substrat (200) , la deuxième partie du résonateur est disposée au-delà d'un bord (210) du substrat (200) et au-delà d'un bord de la première couche (202) . Dispositif selon la revendication 2 ou 3, dans lequel, dans une direction parallèle à la face avant (204) du substrat (200) et orthogonale à l'intersection dudit bord (210) du substrat (200) avec la face avant (204) du substrat (200) , une dimension de la deuxième partie du résonateur (212) est inférieure à 50 pm. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel : le dispositif comprend une deuxième couche (214) ; la deuxième couche (214) est disposée entre la première couche (202) et la face avant (204) du substrat (200) ; et le résonateur (212) est défini dans la deuxième couche (214) . Dispositif selon la revendication 5, dans lequel le dispositif comprend en outre au moins une troisième couche (218) disposée entre la face avant (204) du substrat (200) et la deuxième couche (214) , et au moins une quatrième couche (220) disposée entre la deuxième couche (214) et la première couche (202) . Dispositif selon la revendication 5 ou 6, dans lequel la première partie (202A) de la première couche (202) repose sur un empilement (203) de couches (218, 214, 220) , l'empilement comprenant, de préférence, la deuxième couche (214) . Dispositif selon l'un quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le résonateur (212) comprend un anneau circulaire (212C) , une boucle en forme de piste d'athlétisme (212D) ou un disque (212A) . Dispositif selon la revendication 8, dans lequel le résonateur (212) est fixé à la deuxième partie (202B) de la première couche (202) par au moins un plot d'ancrage (216) . Dispositif selon la revendication 9 dans sa dépendance à la revendication 5, dans lequel ledit au moins un plot d'ancrage (216) s'étend en hauteur depuis la deuxième couche (214) jusqu'à la deuxième partie (202B) de la première couche (202) .
. Dispositif selon la revendication 9 ou 10, dans lequel ledit au moins un plot d'ancrage (216) est en contact avec le disque (212A) ; ou ledit au moins un plot d'ancrage (216) est disposé à l'intérieur d'une région délimitée latéralement par l'anneau (212C) et le dispositif (2) comprend des bras de maintien (1100) s'étendant chacun depuis un bord interne de l'anneau (212C) jusqu' audit au moins un plot d'ancrage (216) ; ou ledit au moins un plot d'ancrage (216) est disposé à l'intérieur d'une région délimitée latéralement par la boucle fermée (212D) , de préférence au centre de cette région, et le dispositif (2) comprend des bras de maintien (1100) s'étendant chacun depuis un bord interne de la boucle fermée (212D) jusqu' audit au moins un plot d'ancrage (216) . . Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, dans lequel le résonateur (212) comprend en outre une pointe (212B) fixée à la périphérie externe du disque (212A) , de l'anneau (212C) ou de la boucle fermée (212D) . . Dispositif selon la revendication 12 prise dans sa dépendance à la revendication 3, dans lequel la deuxième partie du résonateur (212) comprend la pointe (212B) , la pointe (212B) s'étendant en longueur dans une direction parallèle à la face avant (204) du substrat (200) et, de préférence, orthogonale à l'intersection dudit bord (210) du substrat (200) avec la face avant (204) du substrat (200) . . Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel le résonateur (112) est un résonateur opto-mécanique et le dispositif comprend en outre un guide d'onde (222) défini dans la même couche (214) que le résonateur (212) , une portion (224) du guide d'onde (222) étant couplée optiquement au résonateur (212) . . Dispositif selon la revendication 14, dans lequel la portion (224) du guide d'onde (222) est suspendue entre la deuxième partie (202B) de la première couche (202) et un plan comprenant la face avant (204) du substrat (200) , de préférence par des bras de maintien (226) définis dans la même couche (214) que le résonateur optique (212) et s'étendant chacun depuis ladite portion (224) du guide d'onde (222) jusqu'à un plot d'ancrage (228) fixé au substrat (200) ou à la deuxième partie (202B) de la première couche (202) .
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