FR2961320A1 - Composant electro-optique a nanotubes, circuit integre hybride optronique ou a lien optique integrant ce composant, et procede de fabrication. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un composant photonique pour la nanophotonique et de l'optoélectronique. Ce composant comprend un guide linéaire d'onde optique dont une portion active est entourée sur tout ou partie de sa périphérie par un groupement d'un ou plusieurs nanotubes essentiellement semiconducteurs. Ces nanotubes interagissent avec leur environnement extérieur dans une zone active s'étendant de part et d'autre du guide d'onde optique, pour induire ainsi un couplage optique entre un signal électrique ou optique appliqué aux nanotubes et d'autre part un signal optique dans la portion active du guide d'onde. Un tel composant peut réaliser en particulier des fonctions électro-optiques bipolaires de source lumineuse, ou modulateur ou détecteur, à l'intérieur du guide optique. Elle concerne en outre un circuit intégré hybride électronique et optique dont des circuits optiques et électroniques interagissent entre eux à travers au moins un tel composant électro-optique ; ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel composant ou circuit intégré.

Description

-1- « Composant électro-optique à nanotubes, circuit intégré hybride optronique ou à lien optique intégrant ce composant, et procédé de fabrication » La présente invention concerne un composant photonique comprenant au moins un guide linéaire d'onde optique dont une portion dite active est entourée sur tout ou partie de sa périphérie par un groupement d'un ou plusieurs nanotubes essentiellement semiconducteurs. Ces nanotubes interagissent avec leur environnement extérieur dans une zone active s'étendant de part et d'autre du guide d'onde optique, pour induire ainsi un couplage optique entre un signal électrique ou optique appliqué aux nanotubes et d'autre part un signal optique dans la portion active du guide d'onde. Un tel composant peut réaliser en particulier des fonctions électrooptiques bipolaires de source lumineuse, ou modulateur ou détecteur, à l'intérieur du guide optique. Elle concerne en outre un circuit intégré hybride électronique et optique dont des circuits optiques et électroniques interagissent entre eux à travers au moins un tel composant électro-optique ; ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel composant ou circuit intégré.

L'invention se situe dans les thématiques de la nanophotonique et de l'optoélectronique pour des applications variées : par exemple les interconnexions optiques dans les circuits intégrés futurs, les télécommunications optiques, la biophotonique, les laboratoires sur puce, etc.

Composants De nombreux systèmes utilisent des circuits optiques pour traiter ou transmettre des données numériques, par exemple pour des télécommunications ou dans des appareils informatiques. Des composants dits électro-optiques ou optroniques sont utilisés pour gérer des informations dans ces circuits optiques et leur permettre d'interagir avec des circuits électroniques. Ces composants incluent différents types et en particulier des sources lumineuses, des détecteurs, et des modulateurs. -2- Une telle source lumineuse utilise une énergie électrique pour produire une lumière, cohérente (laser) ou non, qui peut être injectée dans un guide d'onde optique pour alimenter un circuit optique. De telles sources lumineuses sont aujourd'hui souvent réalisées en matériaux semiconducteurs de type III-V. Un modulateur électro-optique reçoit un signal électrique et agit sur un flux lumineux pour le moduler en fonction du signal électrique et fournir ainsi un signal lumineux, par exemple pour transformer un signal de télécommunication électrique en un signal optique qui sera injecté dans une fibre optique de télécommunication longue distance voire transocéanique. De tels modulateurs sont aujourd'hui souvent réalisés en semiconducteur III-V. Un tel détecteur reçoit un flux ou un signal lumineux, et produit un signal électrique en fonction du signal lumineux reçu, par exemple pour décoder un signal optique reçu depuis une fibre optique et le transformer en un signal électrique qui pourra être traité par un ordinateur. De tels détecteurs sont aujourd'hui souvent réalisés à base de germanium ou InGaAs. Une plus grande compacité des circuits et composants est intéressante pour augmenter la densité des circuits donc la miniaturisation et/ou la performance des appareils qu'ils permettent de réaliser. Il est intéressant de pouvoir intégrer ensemble le plus possible de composants et/ou sous ensembles. Cela permet par exemple de diminuer les coûts, mais aussi d'augmenter la densité et la miniaturisation des circuits, et de diminuer les interfaces entre blocs et réduire la consommation et l'échauffement des circuits obtenus. Circuits intégrés hybrides optiques et électroniques Les circuits intégrés optiques ou optoélectroniques sont de plus en plus utilisés dans de nombreux domaines.

Par exemple, ils sont une solution possible aux limitations que connaît de plus en plus l'évolution des composants purement électroniques, lesquels présentent en cela des contraintes s'avérant de plus en plus gênantes et parfois insurmontables. -3- En effet, la densité d'intégration des composants augmentant avec la diminution de la taille des transistors, les interconnexions sont de plus en plus complexes, et les circuits actuels possèdent plus de 12 niveaux métal/diélectrique utilisés pour réaliser des canaux de communication entre différents ensembles de transistors au sein d'un même circuit intégré. D'ici quelques années, il est à prévoir que les performances des circuits intégrés seront limitées à cause de la complexité croissante de ces circuits de connexion. Cette limitation interviendra notamment au niveau des interconnexions métalliques, par exemple du fait de la constante de temps associée aux valeurs résistives et capacitives de ces liaisons, ou du fait de l'effet de peau dans les conducteurs qui vient accentuer ces limitations à haute fréquence en causant une déformation croissante des signaux et une augmentation des délais de propagation. Les liens globaux à l'intérieur d'un circuit intégré, tels que les liaisons entre blocs et la distribution du signal d'horloge, sont parmi les premiers touchés par ces limitations. Des solutions sont recherchées pour repousser ces limites dans les technologies actuelles par l'introduction de conducteurs à plus faible résistivité et de matériaux à plus faible constante diélectrique, ou en introduisant des répéteurs placés régulièrement le long des lignes de connexion. Ces solutions sont cependant limitées à terme, et peuvent en outre augmenter l'encombrement des circuits ainsi que leur consommation électrique donc leur échauffement. Un type de solution proposé consiste à utiliser des interconnexions optiques, ce qui apporte un certain nombre d'avantages : - Les performances sont quasi-indépendantes de la longueur des interconnexions ; - La propagation est peu dépendante de la fréquence du signal ; - Les répéteurs ne sont pas nécessaires, ce qui entraîne un gain de place et de puissance dissipée ; - La distribution ne génère pas de bruit vers le reste de la puce ; - Il est possible d'utiliser plusieurs longueurs d'ondes sur un même canal : multiplexage en longueur d'onde. -4- La mise en oeuvre de telles interconnexions optiques passe par l'intégration de composants électro-optiques au sein des circuits intégrés électroniques, tels que des sources, des modulateurs et des détecteurs de signaux lumineux. La solution envisagée actuellement pour être compatible avec la technologie des circuits CMOS est de guider la lumière dans le film de silicium d'un substrat silicium sur isolant (SOI), de moduler la lumière en utilisant des modulateurs à base de silicium ou SiGe, de la détecter en utilisant le germanium et d'émettre la lumière en utilisant principalement des semiconducteurs III-V.

Le lien optique haute fréquence interne dans un circuit intégré sur silicium actuellement considéré dans le métier est ainsi principalement composé de trois matériaux : silicium, germanium et III-V. Cependant, une telle structure de lien optique demande une intégration très hétérogène, quand aux matériaux et procédés de fabrication employés ainsi que sur le plan de la conception et de l'organisation interne du circuit intégré. Cette hétérogénéité présente de nombreux inconvénients par exemple et en particulier au niveau de la souplesse de conception et de simplicité de fabrication avec un facteur limitant au niveau de la source à base de semiconducteur III-V qui n'utilise pas les mêmes dimensions de substrats. En outre, ces architectures actuelles de composants électro-optiques limitent leur miniaturisation, par exemple du fait des longueurs d'interaction nécessaires au sein des guides optiques, qui sont parfois de plusieurs millimètres. Ces architectures et les contraintes de précision qu'elles impliquent, ainsi que les différences de matériaux qu'elles utilisent, rendent complexe et couteuse l'intégration de ces composants au sein de circuits intégrés. Cela limite en particulier les possibilités d'intégration hybride combinant ensemble des circuits intégrés optiques et des circuits intégrés électroniques au sein d'une même « puce » ou circuit intégré.

Utilisation de nanotubes Or, des études sur les nanotubes ont montré que ces matériaux peuvent présenter certaines propriétés de type semiconducteur du fait de leur échelle nanométrique, et de leur unidimensionnalité. -5- Ainsi, la publication « Electroluminescence from Single-Wall Carbon Nanotube Network Transistors » de Adam et al. dans NanoLetters 2008, 8 (8) 2351-2355, présente un effet électroluminescent multidirectionnel obtenu dans un transistor à effet de champ réalisé en appliquant un champ électrique entre plusieurs électrodes parallèles successives disposées transversalement à une piste constituée soit d'un nanotube unique (CNFET), soit d'un réseau inorganisé de plusieurs nanotubes (NNFET). Dans les publications « Carbon Nanotubes and Optical Confinement - Controlling Light Emission in Nanophotonic Devices » de Steiner et al. dans SPIE 2008 vol.703713 703713, et « A microcavity-controlled, currentdriven, on-chip nanotube emitter at infrared wavelengths » de Fengnian et al. dans Nature Nanotechnology vol 3 octobre 2008, il a été proposé de capter un tel effet électroluminescent à l'aide d'une microcavité optique de « amplification ».

Ainsi qu'illustré plus loin en FIGURE 1, cette microcavité est formée de deux miroirs entourant un ensemble constitué par une couche de SiO2 supportant une couche de PMMA entre deux électrodes latérales, lesquelles sont reliées entre elles par un nanotube unique noyé dans le PMMA. Cette cavité est montée sur une couche de silicium dopé P+ pour former un transistor à effet de champ (FET) produisant une lumière qui est captée et amplifiée par la cavité pour ressortir perpendiculairement aux différentes couches superposées. De façon similaire, la publication « Efficient narrow-band light emission from a single carbon nanotube p-n diode » de Müller et al. dans Nature Nanotechnology Letters de novembre 2009 (DOI: 10.1038 / nnano.2009.319), l'émission est réalisée par un nanotube individuel monté en diode entre deux zones d'électrodes et soumis à un champ électrique par le dessus d'une microcavité optique. Cet état de la technique ne décrit que des éléments de production de lumière, qui présentent en outre certains inconvénients. Ainsi, l'intensité émise par ces éléments est plutôt faible, et n'est pas directionnelle. La microcavité peut permettre d'obtenir une source directionnelle, mais au prix d'une complexité supplémentaire qui risque d'imposer des contraintes gênantes, en particulier pour l'intégration. En outre, l'injection de cette -6- lumière dans un guide d'onde optique requiert des aménagements supplémentaires non abordés, qui seront eux aussi sources de complexités supplémentaires et peut-être aussi de pertes de rendement ou d'intensité lumineuse. Ces complexités, ainsi que la direction d'émission perpendiculaire aux couches de la cavité, rendent plus complexe et difficile toute tentative d'intégration de tels composants au sein d'un circuit optique, et encore plus au sein d'un circuit intégré hybride. De façon générale, une tendance de l'état de la technique est d'utiliser les nanotubes pour leurs propriétés de semiconducteur. Ainsi, tout est fait pour chercher à obtenir des nanotubes isolés, par exemple une séparation sonique pour éviter les paquets de nanotubes, suivie de technique d'enrobage individuel par un produit surfactant. Un tel nanotube individuel peut alors être disposé sur un substrat, ce qui permet d'assurer un contact électrique à ses deux extrémités en recouvrant celles-ci par des couches conductrices formant électrodes. Un but de l'invention est de pallier les inconvénients de l'état de la technique, et en particulier de permettre : - une intensité lumineuse plus forte et selon une plus grande densité, - une interaction plus facile et plus performante des effets lumineux avec le ou les guides d'ondes optiques ; - de meilleures possibilités de miniaturisation et d'intégration des composants dans des circuits optiques ; - de meilleures possibilités d'intégration dans des circuits intégrés hybrides intégrant ensemble circuits optiques et électroniques ; - un bon compromis entre performance et échauffement des circuits obtenus ; - une certaine simplification des matériaux utilisés, en nombre et en contraintes environnementales et d'approvisionnement ; - une certaine uniformisation des procédés et technologies de fabrication ; - une simplicité de mise en oeuvre et une limitation des contraintes de précision, lors de la fabrication ; - une bonne compatibilité avec les technologies actuelles de fabrication de circuits intégrés électroniques, et en particulier avec la technologie CMOS. - 7 Exposé de l'invention L'invention, dans la plupart des modes de réalisation ici présentés, repose sur le fait d'utiliser des nanotubes aussi en tant que matériau semiconducteur pluridimensionnel (bidimensionnel ou tridimensionnel), sans chercher forcément à identifier, traiter ou positionner chaque nanotube individuellement. On pourrait dire qu'il ne s'agit plus seulement d'utiliser un nanotube comme un objet individuel, mais aussi comme un élément unitaire au sein d'un matériau pouvant être mesuré et façonné : appliqué ici sous la forme du paquet ou « groupement » de nanotubes, que l'on pourrait traduire en anglais par un « patch ». Par exemple dans des modes de réalisation de type modulateur, l'invention propose d'utiliser une accumulation de nanotubes non alignés en tant que volume tridimensionnel de matériau, de la même manière que s'il s'agissait d'un matériau non organisé ou peu organisé. De façon similaire, dans des modes de réalisation de type émetteur et/ou détecteur, l'invention propose d'utiliser une accumulation de nanotubes en tant que volume tridimensionnel de matériau dans lequel on obtient une orientation majoritairement unidirectionnelle. Composant et circuit intégré Dans cet esprit, l'invention propose un composant photonique comprenant au moins un guide linéaire d'onde optique, dont une portion dite active est entourée sur tout ou partie de sa périphérie par un groupement d'un ou plusieurs nanotubes essentiellement semiconducteurs. Ces nanotubes interagissent avec leur environnement extérieur dans une zone dite active s'étendant de part et d'autre de cette portion active du guide d'onde optique, induisant ainsi au moins un couplage optique entre : - d'une part un signal électrique ou optique appliqué aux nanotubes depuis leur environnement ou restitué par eux à cet environnement, dans ladite zone active, et - d'autre part un signal optique émis ou respectivement reçu dans ladite portion active du guide d'onde optique. La portion active du guide optique est entourée de façon proche et de préférence contigüe. Typiquement, il s'agit d'un groupement de nanotubes directement au contact du guide, ou en contact indirect à travers une -8- couche dont l'épaisseur est faible par rapport aux dimensions du mode optique objet du couplage dans ce guide. En effet, les inventeurs ont constaté qu'un tel groupement de nanotubes pouvait fournir un couplage optique avec l'intérieur d'un guide optique même en étant situés à l'extérieur du guide et en dehors de son axe linéaire de propagation, c'est-à-dire que les nanotubes peuvent être situés à l'extérieur du guide, sur ses côtés. Les nanotubes génèrent, modifient ou détectent un signal optique directement à l'intérieur du guide et à travers ses parois. Il s'agit là d'un couplage direct à travers les parois du guide, contrairement à l'état de la technique dans lequel chaque nanotube est vu en lui-même comme une source dont la lumière doit être amplifiée puis injectée dans le guide par son extrémité. Optionnellement, ce guide d'onde optique lui-même peut en outre comprendre, dans sa portion active, une structure optique d'amplification de signal lumineux, par exemple une cavité Fabry Pérot ou un cristal photonique. Il est à noter que le groupement de nanotubes dans ce cas peut venir entourer aussi la structure d'amplification au même titre que le guide optique. De préférence, le groupement de nanotubes comprend une pluralité de nanotubes, par exemple agglomérés ensemble, naturellement ou avec un liant, par exemple gel ou solide. Ces nanotubes sont déposés ensemble sous la forme d'une poudre, et forment entre les électrodes une nappe ou une couche mince sensiblement plane incluant la portion active du guide d'onde optique ou au contact de celle-ci. Les électrodes sont situées par exemple à la surface de cette couche, ou aux extrémités de la partie de cette couche devant former la partie active. Dans des modes de réalisation de l'invention que l'on pourra qualifier de optique-optique, le groupement de nanotubes peut être excité par un signal lumineux ou un flux lumineux externe. Il produira alors un couplage optique avec l'intérieur du guide par le phénomène d'optoluminescence, qui consistera pour les nanotubes à générer un flux lumineux situé à l'intérieur d'un mode optique interne au guide, alors que l'excitation lumineuse qu'ils reçoivent est externe au guide. Il peut s'agir par exemple de réaliser un -9- composant capable d'insérer dans un ou plusieurs guides optiques un signal lumineux lui parvenant de façon quelconque. Selon une autre famille de modes de réalisation, l'invention propose aussi un tel composant formant un composant électro-optique dans lequel un ou plusieurs nanotubes du groupement de nanotubes interagissent électriquement avec au moins deux électrodes disposées de part et d'autre de la portion active du guide d'onde optique. Un couplage électro-optique est ainsi induit entre : - d'une part un signal électrique appliqué ou respectivement détecté entre lesdites électrodes, et - d'autre part un signal optique émis ou respectivement reçu dans ladite portion active du guide d'onde optique. De préférence, le signal électrique est appliqué ou détecté par au moins deux électrodes complémentaires, par exemple de signe opposé, situées autour de la portion active et de part et d'autre du guide d'onde optique, de façon à générer entre elles un champ ou un courant électrique sensiblement transversal à l'axe longitudinal du guide optique. Typiquement, ces électrodes pourront être parallèles entre elles et à l'axe longitudinal du guide optique.

Dans une variante, les électrodes peuvent être disposées autour de la portion active de façon à présenter entre elles un écart s'étendant le long du guide d'onde optique, et à générer ainsi entre elles un champ électrique ou un courant électrique sensiblement parallèle à l'axe longitudinal dudit guide optique.

Dans certains modes de réalisation, les électrodes interagissent avec les nanotubes du groupement sans connexion électrique avec ces nanotubes en créant un champ électrique au sein de ces nanotubes. Ce champ électrique provoque alors dans ces nanotubes un effet Kerr et/ou un effet Stark qui absorbe tout ou partie d'un flux lumineux circulant dans la portion active du guide d'onde optique. L'invention permet ainsi de réaliser une modulation d'un flux lumineux circulant dans cette portion active du guide d'onde optique, en fonction d'une tension ou d'un signal électrique reçu et appliqué aux électrodes. - 10 - Dans certains modes de réalisation dits alignés, le composant comprend une zone dite d'alignement, incluant la portion active du guide optique et tout ou partie de la zone active, et dans laquelle les nanotubes du groupement de nanotubes sont dans leur majorité alignés dans une direction commune. Ces modes de réalisation alignés permettent d'améliorer l'efficacité de telles structures actives, par exemple pour un modulateur décrit ci-dessus. Selon une particularité, dans des modes de réalisation dits connectés, les nanotubes de la zone d'alignement majorité sont en outre connectés chacun aux deux électrodes, dans leur totalité ou dans leur majorité. En appliquant à ces électrodes d'une tension ou d'un signal électrique on crée ainsi dans ces nanotubes connectés une injection de porteurs de charge, trous ou électrons, provoquant le phénomène d'électroluminescence qui est une émission d'un flux lumineux à l'intérieur d'un mode optique incluant en tout ou partie la portion active du guide d'onde optique. L'invention permet ainsi de réaliser une source lumineuse à l'intérieur de ce guide optique, en créant un flux lumineux longitudinal à partir du signal ou de la tension appliqués aux électrodes. Dans une utilisation inverse, le passage d'un flux ou d'un signal lumineux au sein de la portion active du guide d'onde optique provoquera, par absorption par le groupement de nanotubes, une différence de tension et/ou un courant au sein de ces nanotubes connectés. Ces nanotubes produisent alors du photocourant et/ou photovoltage aux bornes des électrodes.

L'invention permet ainsi de réaliser un détecteur électrique renvoyant un signal électrique en fonction du flux ou du signal lumineux qui traverse ce guide d'onde optique. En outre, il est à noter que le même composant peut être utilisé dans successivement les deux rôles, ce qui augmente la souplesse de conception et améliore la compacité des circuits et dispositifs dans lequel il est utilisé. L'invention permet ainsi de réaliser des fonctions de génération, modulation ou détection d'un flux lumineux ou d'un signal optique dans un guide optique avec une intensité lumineuse de bon niveau voire améliorée, - 11 - et selon une meilleure compacité permettant une plus grande densité sur un circuit intégré et/ou dans un dispositif optronique ou photonique. L'interaction du couplage avec un ou plusieurs guide optique linéaire est facilitée et d'un meilleur rendement du fait du positionnement des nanotubes autour de la périphérie de ce guide, entre autres car cela permet de disposer l'ensemble des éléments du composant uniquement dans les deux dimensions d'un circuit intégré de quelques couches d'épaisseur. Ces performances de compacité, de simplicité et de rendement du couplage permettent de meilleures possibilités de miniaturisation et d'intégration des composants dans des circuits intégrés, qu'ils soient optiques ou électronique. Elles permettent aussi un meilleur compromis entre la performance et l'échauffement des circuits obtenus. Il est à noter qu'une particularité de l'invention est la possibilité d'utiliser un signal électrique appliqué ou détecté au sein du groupement de nanotubes peut être un signal bipolaire, pouvant le plus souvent ne nécessiter que deux électrodes uniquement Cela représente un avantage de simplicité et de compacité par rapport aux différents dispositifs de l'état de la technique fonctionnant en transistor FET à trois bornes, ou en diode PN nécessitant en plus le maintien d'un champ électrique soit quatre bornes au total. Selon une particularité de l'invention, un tel composant comprend une pluralité de guides d'onde optique, par exemple complètement indépendants ou des parties actives différentes d'un même guide optique, qui sont enrobés en tout ou partie par des nanotubes au sein d'un même groupement de nanotubes. Ces guides d'onde optique interagissent indépendamment l'un de l'autre avec chacun au moins deux électrodes, lesquelles déterminent une pluralité de zones actives indépendantes réalisant ainsi une pluralité de composants selon l'invention. Ces composants sont fonctionnellement indépendants les uns des autres tout en utilisant un même groupement de nanotubes. Ces différentes zones actives peuvent être séparées par exemple par une distance d'au moins 5 voire 10 ou 15 micron. De plus, le groupement pouvant être réalisé ou traité de façon à être aligné voire connecté dans certaines zones actives, et non alignés et non connectés dans d'autres. - 12 - Selon une autre particularité de l'invention, un tel composant électrooptique peut aussi être intégré à la fois dans un circuit électronique et dans un circuit intégré optique, lesquels circuits intégrés électronique et optique interagissent entre eux à travers ledit composant électro-optique.

On notera que ces différentes caractéristiques peuvent tout à fait être combinées entre elles. Selon un aspect permettant ainsi une synergie supplémentaire, l'invention propose ainsi un circuit électronique et optique intégré, dit aussi hybride, comprenant au moins un circuit optique et au moins un circuit électronique qui interagissent entre eux à travers un ou plusieurs composants électro-optiques selon l'invention. Ce ou ces composants électro-optiques sont alors intégrés à la fois dans ce circuit optique et dans ce circuit électronique. L'invention rend ainsi possible la réalisation simple et compacte d'un circuit intégré électronique à distribution optique interne intégrée. Un tel circuit intégré hybride comprend par exemple une pluralité de blocs électroniques communiquant entre eux par des signaux optiques acheminés par un ou plusieurs circuits optiques intégrés à l'intérieur du circuit intégré hybride. A l'intérieur du circuit intégré hybride, chacun de ces différents blocs électroniques interagit avec ces signaux optiques à l'aide d'au moins un composant électro-optique selon l'invention. Un tel circuit hybride permet en particulier une communication extrêmement rapide entre les différents blocs électroniques, à des fréquences difficiles à atteindre en signaux électroniques et sans les inconvénients et contraintes liés à de telles hautes fréquences en électroniques, par exemple interférences avec les composants proches ou avec des champs électriques externes. Du fait en particulier de la compacité des différents composants électro-optiques selon l'invention, la conception et la fabrication sont rendus plus simples et permettent une meilleure compacité et densité, en particulier dans les circuits intégrés hybrides intégrant ensemble blocs et/ou circuits optiques et électroniques. En outre, le fait d'utiliser le même type de matériau semiconducteur pour les différentes fonctions, source ou modulateur ou détecteur, l'invention permet une simplification des matériaux utilisés, en nombre et - 13 - en contraintes environnementales et d'approvisionnement ; ainsi qu'une uniformisation des procédés et technologies de fabrication. La nature des structures et les caractéristiques des composants permettent en particulier une simplicité de mise en oeuvre et une limitation voire une réduction des contraintes de précision liées aux différents matériaux utilisés lors de la fabrication. En outre une réduction du nombre d'étape technologique est envisagée grâce à l'utilisation d'un seul matériau. Il est à noter que les différents types de fonctionnalités peuvent se combiner avec différents types de structures du groupement de nanotubes, et de positionnement du guide sur le substrat, ainsi qu'avec les différentes dispositions d'électrodes : longitudinales mais aussi transversales et selon différents angles intermédiaires. Dans le composant selon l'invention, le guide optique peut être par exemple en silicium ou en nitrure de silicium et le groupement de nanotubes comprendre en majorité des nanotubes de carbone, par exemple de type monoparoi (SWCT). La longueur de la portion active de guide optique peut être de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres, par exemple entre 10 et 100 nanomètre, voire entre 20 et 50 nanomètre.

Les électrodes peuvent être écartées d'une distance située entre 1 et 10 micromètres, et de préférence entre 2 et 6 micromètres. On implantera si possible un groupement de nanotubes exempt de nanotubes métalliques, et de préférence avec moins de 1% voire 2% de nanotubes métalliques pour une source de lumière et moins de 10% voire 15% pour un détecteur ou un modulateur. L'épaisseur du groupement de nanotubes est de préférence supérieure à une monocouche de nanotubes depuis une épaisseur jusqu'à environ 2 pm, voire entre 600nm et 1 pm, Une part de l'originalité tient au fait d'utiliser les mêmes nanotubes de carbone pour la réalisation d'une source, d'un modulateur et d'un photodétecteur, afin d'arriver à la réalisation d'un lien optique haute fréquence complet pour les interconnexions otiques ou les télécommunications optiques. Dans l'invention, les nanotubes sont utilisés - 14 - comme un milieu actif et pourront être intégrés dans des guides d'ondes en silicium, polymère ou tout autre matériau. Des avantages importants, par rapport aux technologies hétérogènes sur plateforme silicium, sont d'utiliser le même type de matériau pour la source, la modulation et la détection ; et possiblement en une seule chiralité de nanotubes de carbone. Ceci entraîne une simplification de la technologie mise en jeu car les mêmes étapes de process seront utilisées pour toutes les briques de base. De plus, cette technologie sera compatible avec les technologies futures développées pour la microélectronique.

Procédé de fabrication Dans le même esprit, l'invention propose aussi un procédé de fabrication d'un composant selon l'invention, et plus particulièrement de composant électro-optique ou de circuit intégré tels que décrit ici.

Selon l'invention, ce procédé comprend au moins, pour la réalisation d'un couplage électro-optique entre au moins un guide d'onde optique et un ou plusieurs nanotubes : - une création d'au moins une région formant un groupement de un ou plusieurs nanotubes, enrobant au moins une portion de guide d'onde optique et interagissant électriquement avec au moins deux électrodes situées de part et d'autre de ladite portion de guide d'onde optique ; ou - une création d'au moins une portion de guide d'onde optique enrobée en tout ou partie par au moins une région formant un groupement de un ou plusieurs nanotubes interagissant électriquement avec au moins deux électrodes situées de part et d'autre de ladite portion de guide d'onde optique ; ou - une combinaison de ces deux opérations. Selon une particularité, l'opération de création peut comprendre les étapes suivantes : - gravure ou dépôt formant au moins un guide optique en silicium ou nitrure de silicium, par exemple sur un substrat en silice ou en SOI ; - optionnellement, une sous-gravure du substrat sous la partie active du guide, qui permettra un meilleur enveloppement du guide par le groupement de nanotubes ; - 15 - - dépôt d'une région formant un groupement, pouvant former par exemple une « goutte », ou un « patch » en anglais, de un ou plusieurs nanotubes de type semiconducteur (par exemple un ou plusieurs nanotubes insérés dans un liquide ou un gel ou un polymère), de façon à ce que ce groupement ou ce patch entoure tout ou partie de la périphérie d'au moins une portion dite active de ce guide d'onde optique ; - gravure ou dépôt d'électrodes entourant de part et d'autre cette portion active du guide d'onde optique et agencées pour interagir électriquement avec les nanotubes entourant cette portion active. Pour les modes de réalisation alignés, l'alignement peut se faire par exemple lors du dépôt des nanotubes par exemple par diélectrophorèse, en soumettant la région de dépôt à un champ électrique pendant le dépôt, par exemple par des électrodes provisoires ou préalables. La direction de ce champ électrique lors du dépôt va alors déterminer une direction d'alignement pour les nanotubes déposés. Pour les modes de réalisation connectés, le procédé selon l'invention comprend en outre une étape de gravure ou découpe de ce groupement de nanotubes en deux régions de découpe réparties de part et d'autre de la portion active du guide d'onde optique. Dans cette étape, ces régions de découpe sont agencées pour couper une même pluralité de nanotubes au sein de ce groupement. Cette étape de gravure ou découpe des régions de découpes se situe de préférence, entre une étape de dépôt de nanotubes alignés et une étape de création des électrodes. L'étape ultérieure de création des électrodes comprend alors un dépôt ou une croissance de ces électrodes à l'intérieur de ces régions de découpe, de façon à connecter électriquement ces électrodes aux deux extrémités d'une même pluralité de nanotubes du groupement de nanotubes.

Selon une autre particularité du procédé de fabrication de composant électro-optique l'opération de création peut comprendre les étapes suivantes : - gravure ou dépôt (dans un ordre ou dans un autre), d'une part de matériau formant au moins un guide optique en silicium ou nitrure de - 16 - silicium, par exemple sur un substrat en silice ou en SOI, et d'autre part d'électrodes entourant de part et d'autre une portion dite active du guide d'onde optique ; - dépôt d'un groupement de nanotubes de type semiconducteur, pouvant former par exemple une « goutte », ou un « patch » en anglais, de un ou plusieurs nanotubes de type semiconducteur (par exemple un ou plusieurs nanotubes insérés dans un liquide ou un gel ou un polymère), de façon à ce que ces nanotubes enrobent tout ou partie de la périphérie d'au moins cette portion active du guide d'onde optique et soient agencés pour interagir électriquement avec ces électrodes. De façon optionnelle, le procédé peut comprendre en outre une étape de sous-gravure du substrat ou de la couche située sous le guide d'onde optique, réalisée au niveau de la portion active de façon à permettre au groupement de nanotubes de venir enrober la partie inférieure dudit guide d'onde optique. Cette sous gravure est particulièrement utile pour les nanotubes non alignés qui peuvent ainsi envahir l'espace de la sous-gravure. Elle peut toutefois aussi être utile pour les nanotubes alignés, par exemple pour faciliter l'établissement d'une zone de couplage de mode optique entourant le plus possible le guide optique.

Selon une particularité pouvant être combinée avec toutes les autres, le procédé selon l'invention peut comprendre en outre une étape de réalisation d'au moins une région monobloc formant un groupement de nanotubes, suivie d'une ou plusieurs opérations de réalisation d'une pluralité de composants selon l'invention fonctionnellement indépendants (voire de types différents) et réalisées au sein d'un même groupement de nanotubes. Il est ainsi possible de simplifier la fabrication et d'améliorer la compacité en utilisant pour plusieurs composants une même région de nanotubes, déposée en une seule fois et dans une région unique.

Selon un autre aspect de l'invention, le procédé de fabrication de circuit intégré hybride optoélectronique peut comprendre d'une part une réalisation d'au moins un circuit électronique et d'autre part une réalisation d'au moins un circuit optique au sein d'un même circuit intégré Ce procédé comprend alors en outre au moins une étape de réalisation d'au moins un - 17 - composant électro-optique selon l'invention, intégré à la fois à ce circuit électronique et à ce circuit optique. Optionnellement, le procédé de fabrication selon l'invention peut comprendre ou suivre une phase de purification de nanotubes, par exemple par des méthodes connues, pour obtenir sélectivement des nanotubes d'un index d'enroulement (n, m) déterminé et/ou de type non-métallique dans le groupement de nanotubes semiconducteurs réalisant le couplage avec la portion active du guide d'onde optique. Cette phase de purification des nanotubes utilisés peut comprendre par exemple une étape d'extraction sélective par polymère, notamment par PFO et avec centrifugation. Avantageusement, le procédé selon l'invention peut en outre comprendre un contrôle de la longueur d'onde optique du couplage optique ou électro-optique par le choix de l'index d'enroulement (n, m) des nanotubes du couplage, dit aussi index de chiralité : (n, m) indiquant respectivement l'enroulement et le diamètre. A titre d'exemple, à partir de nanotubes de type HiPCO fournis par la société Unidym, on utilisera un index (8,6) pour générer, moduler ou détecter un signal optique de longueur d'onde de 1,2 micromètre ; et un index (8,7) pour une longueur d'onde de 1,3 micromètre. Des modes de réalisation variés de l'invention sont prévus, intégrant selon l'ensemble de leurs combinaisons possibles les différentes caractéristiques optionnelles exposées ici. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée d'un mode de mise en oeuvre nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels : la FIGURE 1 illustre un état de la technique du type transistor à effet de champ à nanotube unique et microcavité dans l'axe d'entrée d'un guide optique linéaire ; la FIGURE 2 est une vue schématique en perspective illustrant selon l'invention un exemple de configuration pour un couplage optique entre un volume de nanotubes et un guide optique ; - 18 - la FIGURE 3 est un graphique illustrant des résultats d'expérimentation démontrant le couplage optique obtenu dans la configuration de la FIGURE 2 ; la FIGURE 4 est une vue schématique en coupe dans une configuration proche de la FIGURE 2 mais avec électrodes sur le dessus, dans un mode de réalisation à nanotubes multiples non alignés et enveloppement, réalisant une fonction de modulateur ; la FIGURE 5 est une vue schématique en coupe dans la configuration de la FIGURE 2, dans un mode de réalisation à nanotubes multiples non alignés, réalisant une fonction de modulateur ; les FIGURE 6a, FIGURE 6b sont des vues schématiques en coupe et la FIGURE 6c en vue de dessus, dans la configuration de la FIGURE 2, dans un mode de réalisation à nanotubes multiples connectés réalisant une fonction de détecteur ou d'émetteur, respectivement avant et après les opérations de gravure du volume de nanotubes et dépôt des électrodes ; la FIGURE 7 est une vue schématique de dessus d'une configuration proche de la FIGURE 2 mais avec électrodes transversales au guide, dans un mode de réalisation à nanotubes multiples non connectés réalisant une fonction de modulateur ; la FIGURE 8 est une vue schématique en coupe dans la configuration de la FIGURE 2, dans un mode de réalisation à nanotube unique connecté, réalisant une fonction de détecteur ou d'émetteur ; les FIGURE 9, FIGURE 10 et FIGURE 11 sont des vues schématiques en coupe dans une configuration du type de celle de la FIGURE 2, illustrant différentes possibilités de géométrie du couplage entre un volume de nanotubes et un ou plusieurs guides optiques : o FIGURE 9 : avec guide optique entre deux couches successives de nanotubes, o FIGURE 10 : avec guide optique noyé dans une couche inférieure et recouvert par un volume de nanotubes, o FIGURE 11 : avec guide optique comprenant deux guides optiques individuels couplés entre eux ; - 19 - la FIGURE 12 est un schéma de principe en vue de dessus d'un exemple de mode de réalisation d'un circuit intégré comprenant à la fois un circuit intégré optique et un circuit intégré électronique.

Description d'un art antérieur La FIGURE 1 illustre un état de la technique tel que décrit dans la publication Fengnian et al. dans Nature Nanotechnology vol 3 octobre 2008. Ce composant comprend un nanotube unique 121 recouvert par deux électrodes 131 et 132 formant la source et le drain d'un transistor à effet de champ (FET), dont la grille est réalisée par une troisième électrode 133 formée d'une couche sous jacente de silicium dopé p+. Une injection de courant dans le nanotube provoque une électroluminescence qui est amplifiée par une microcavité 150 basée sur un miroir d'argent 102 déposé sur la troisième électrode 133. Cette microcavité comprend de part et d'autre du nanotube une couche de silice 102 et une couche de PMMA 103, surmontée d'un miroir en Or 104. Cette amplification fournit un flux lumineux 19 dirigé vers le haut de la figure, selon une direction A19 perpendiculaire au plan des différentes couches du composant.

Bien que non décrit dans l'état de la technique, la direction de sortie vers le haut de ce flux lumineux 19 rend nécessaire de pouvoir le capter selon cette direction A19 pour pouvoir l'injecter dans un hypothétique guide optique linéaire 11 (en pointillé). Cette injection peut nécessiter par exemple de disposer ce guide linéaire perpendiculairement aux couches du composant de façon à présenter sa face d'entrée 110 parallèlement à la surface de sortie 104 de la cavité 150. On comprend bien que cette contrainte peut constituer un facteur de complexité dans la conception d'un circuit intégré, et limiter la compacité tout en augmentant la complexité de la fabrication, entre autre problèmes possibles.

Description de l'invention en référence aux figures Les inventeurs ont démontré qu'il était possible d'obtenir un gain optique dans une couche mince à base de nanotubes de carbone, ce qui est - 20 - la première étape pour obtenir un effet laser. Pour la modulation, l'effet Kerr et l'effet Stark peuvent être exploités tandis que pour la détection, il est possible d'utiliser les nanotubes comme milieu absorbant. En particulier, l'obtention d'un couplage entre les nanotubes et le silicium permet d'établir la faisabilité au sein d'un composant intégré d'un tel lien optique entre plusieurs blocs électroniques. Les FIGURE 2 et FIGURE 3 illustrent l'expérimentation de ce couplage, et présentent ainsi un premier résultat de l'intégration silicium/nanotubes.

Les nanotubes sont ainsi considérés comme un milieu actif et pourront être insérés dans des guides d'ondes en silicium, ou en polymère ou tous autres matériaux semiconducteurs ou diélectriques. La FIGURE 2 illustre un exemple de configuration pour un couplage optique entre un volume de nanotubes et un guide optique selon l'invention.

Ce composant 2 comprend ainsi un guide linéaire 21 d'onde optique sur un support ou substrat 200, et dont une portion active 210 est entourée sur une partie de sa périphérie par un groupement 22 d'un ou plusieurs nanotubes essentiellement semiconducteurs. Ces nanotubes interagissent avec leur environnement extérieur dans une zone active 220 s'étendant de part et d'autre de cette portion active 210 du guide d'onde optique. Dans le cas d'une interaction par un signal ou un flux lumineux, l'application par exemple d'un flux lumineux 228 sur les nanotubes du groupement 22 leur fait émettre par optoluminescence un flux lumineux 219 à l'intérieur de la partie active 210, selon l'axe longitudinal A21 du guide. Un couplage optique-optique est ainsi réalisé entre le flux lumineux reçu 228 et le flux lumineux 219 se propageant dans le guide. Pour une interaction électrique, par exemple par un signal électrique 229 reçu ou appliqué par les électrodes 231 et 232, les nanotubes du groupement 22 détectent ou émettent ou modifient par électroluminescence un flux lumineux 219 à l'intérieur de la partie active 210, selon l'axe longitudinal A21 du guide. Il est à noter que la configuration illustrée en FIGURE 2 ne spécifie pas la position des nanotubes à l'intérieur du groupement 22, et peut donc - 21 - être considérée comme une illustration d'un mode de réalisation aligné comme non aligné. La FIGURE 3 est un graphique illustrant des résultats d'expérimentation démontrant le couplage optique obtenu dans la configuration de la FIGURE 2. Ce couplage a été obtenu par absorption des nanotubes du groupement 22 sous l'effet d'une excitation par un flux lumineux incident 228. Le graphique représente le spectre de transmission du guide d'onde 21. Les dénivellations constatées par rapport à un guide de référence non couplé mettent en évidence l'interaction de la lumière avec les tubes, et donc le couplage obtenu par l'agencement des nanotubes du groupement 22 autour du guide optique 21.

Exemples de modes de réalisation de composants électro-optiques Dans les exemples illustrés aux FIGURE 2, FIGURE 4, FIGURE 5, FIGURE 6 et FIGURE 8, le signal électrique 229 est appliqué ou détecté par au moins deux électrodes 231, 232 et 431 et 432 situées autour de la portion active 210 et de part et d'autre du guide d'onde optique 21, de façon à générer entre elles un champ électrique, ou générer ou détecter un courant électrique, sensiblement transversal à l'axe longitudinal A21 du guide optique 21. Typiquement, ces électrodes sont parallèles entre elles et à l'axe longitudinal du guide optique. La FIGURE 7 représente une configuration dans laquelle deux électrodes 731, 732 sont disposées autour de la région active 720 de façon à présenter entre elles un écart E73 s'étendant le long du guide d'onde optique 21, et de façon à générer ainsi entre elles un champ électrique ou un courant électrique sensiblement parallèle à l'axe longitudinal A21 de ce guide optique. Typiquement, ces électrodes sont parallèles entre elles et transversales à l'axe longitudinal du guide optique. Au niveau de leur croisement avec le guide optique 21, les deux électrodes 731 et 732 peuvent présenter un décrochement 7311, 7321 dans leur partie inférieure, voire sur toute leur hauteur pour les séparer chacune en deux demi électrodes, de façon à éviter que le métal de l'électrode ne - 22 - soit trop près de la surface extérieure du guide et ne risque d'empêcher la transmission de lumière à l'intérieur de celui-ci. Les FIGURE 4, FIGURE 5 et FIGURE 7 illustrent des modes de réalisation non alignés et non connectés, typiquement pour une fonction du type modulateur, c'est-à-dire que les nanotubes du groupement 42, 52, 72 ne sont pas connectés avec les électrodes 231, 232 et 431, 432, et 731, 732. Ils sont déposés en désordre et ne sont pas alignés entre eux ni avec leur environnement. C'est la raison pour laquelle le groupement de nanotubes est représenté avec des hachures alternées uniformes, ce qui ne présume nullement de la position du ou des nanotubes à l'intérieur de ce groupement. Dans ce composant 4, 5 et 7 le groupement 42, 52 de nanotubes forme entre les électrodes 431, 432, 531, 532, 731, 732 une couche sensiblement plane incluant la portion active 210 du guide d'onde optique 21, ou au contact de celle-ci. Les électrodes interagissent avec les nanotubes du groupement 42, 52, 72 en créant un champ électrique qui provoque au sein desdits nanotubes un effet Kerr et/ou un effet Stark. Cet effet réalise une modulation d'un flux lumineux circulant dans la portion active 210 du guide d'onde optique, en fonction d'une tension ou d'un signal électrique 229 appliqué aux électrodes. La configuration de la FIGURE 5 est celle de la FIGURE 2, avec deux électrodes 531 et 532 apposées sur le substrat 200 sur les côtés du groupement 52 et au même niveau que celui-ci. Cette disposition peut être réalisée par exemple dans l'ordre suivant : guide 210, suivi de : soit nanotubes 52 puis électrodes 531et 532, soit électrodes puis nanotubes. La FIGURE 4 représente une configuration similaire, mais où les électrodes 431, 432 sont déposées sur le dessus du groupement 42 de nanotubes. Cette structure est facilitée par le fait que les électrodes ne sont pas connectées aux nanotubes. Elle peut être avantageuse par exemple car elle permet de déposer ces électrodes sans avoir à découper les côtés du groupement 42. Cela simplifie la réalisation et permet une meilleure densité lorsque plusieurs composants sont réalisés proches l'un de l'autre, et/ou sur une même couche de nanotube comme décrit plus loin en référence à la - 23 - FIGURE 12. Cette disposition peut être réalisée par exemple dans l'ordre suivant : guide 210 puis sous-gravure 209 puis nanotubes 42 puis électrodes 631, 432. Les FIGURE 6 et FIGURE 8 illustrent des modes de réalisation dits alignés et connectés, typiquement pour une fonction du type source ou détecteur. Dans ce composant 6, 8 le groupement de nanotubes 62, 82 forme entre les électrodes 631, 632, 831, 832 une couche sensiblement plane incluant la portion active 210 du guide d'onde optique 21, ou au contact de celle-ci. Dans ce groupement, on a réalisé une zone dite d'alignement incluant la portion active 210 du guide optique 21 et correspondant ici à la totalité de la zone active 620. Dans cette zone d'alignement, les nanotubes du groupement de nanotubes 62, 82 sont dans leur majorité alignés dans une direction commune A62 et respectivement A82.

Les nanotubes 621a à 521n et 821 de la zone d'alignement sont dans leur majorité connectés chacun aux deux électrodes 631, 632, 831, 832. Ainsi qu'on le voit en FIGURE 6a, le groupement de nanotubes est d'abord déposé puis aligné. Les régions extérieures 6310 et 6320 de ce groupement situées de chaque côté de la direction d'alignement A62 sont alors découpées, par exemple par gravure chimique ou au laser. On dépose alors les électrodes dans ces régions, de façon à ce qu'elles viennent en contact électrique avec les extrémités exl et ex2 correspondantes de tous les nanotubes 621a à 621b de la zone active 620. Le composant 6, 8 ainsi obtenu peut alors être utilisé en source lumineuse ou en détecteur, voire les deux à des instants différents. En plus des figures précédemment décrites, les FIGURE 9 à FIGURE 11 représentent différents exemples de dispositions possibles du groupement de nanotubes par rapport au guide optique. Ces dispositions peuvent être combinées avec les différents modes de réalisation de l'invention décrits ici. En FIGURE 4, une sous-gravure du support ou substrat 200 sous la partie active 210 du guide permet de libérer un espace 209 augmentant son enveloppement par dessous. - 24 - En FIGURE 6, la partie active 210 du guide est partiellement enterrée dans le support ou substrat 200 qui reçoit les nanotubes 62 et les électrodes 631, 632. En FIGURE 9, la partie active 310 du guide optique est disposée entre deux couches 321 et 322 de nanotubes, lesquelles sont entourées par et possiblement connectées avec deux électrodes 331 et 332. Cette disposition peut être réalisée par exemple dans l'ordre suivant : nanotubes 321 puis guide 310 puis nanotubes 322. En FIGURE 10, le guide optique 210 est enfoncé complètement dans le support ou substrat 200, et est simplement recouvert par le groupement de nanotubes 22. Ainsi qu'illustré en FIGURE 11, tous ces composants peuvent en outre comprendre plusieurs parties actives 211 et 212 de guide optique, ici deux, couplées 299 entre elles par leur proximité et couplées ensemble avec le groupement 22 de nanotubes.

Exemple de modes de réalisation de circuit intégré hybride électronique optique La FIGURE 12 illustre un exemple de mode de réalisation de l'invention comprenant un circuit intégré hybride 9 à lien optique interne intégré. Ce circuit 900 comprend une pluralité de blocs électroniques, dont les blocs 99h et respectivement 99, comprenant et utilisant chacun au moins un composant électro-optique selon l'invention, dont les composants 901, 902, 903, et respectivement 991, pour communiquer entre eux par des signaux optiques 929. Plus précisément, cette figure présente un tel circuit à lien optique agencé pour réaliser une distribution optique du signal d'horloge. Ce signal optique 929 est issu d'un bloc 90 hybride d'émission de signal optique d'horloge, qui constitue un circuit intégré hybride lui-même inclus à l'intérieur du circuit intégré hybride général 900. Dans ce bloc hybride d'émission 90, un émetteur électro-optique à nanotubes 901 selon l'invention, par exemple tel qu'illustré aux FIGURE 6 - 25 - ou FIGURE 8, génère un flux lumineux dans une partie 911 de guide optique, et constitue ainsi une source lumineuse. Un détecteur électro-optique à nanotubes 902 selon l'invention est réalisé dans une même zone alignée du même groupement 92 de nanotubes, par exemple tel qu'illustré aux FIGURE 6 ou FIGURE 8, et contrôle l'intensité ou la longueur d'onde du flux lumineux dans une partie 912 de guide optique en aval de la source 901. Un modulateur électro-optique à nanotubes 903 selon l'invention, par exemple tel qu'illustré aux FIGURE 4, FIGURE 5 ou FIGURE 7, est réalisé dans une partie non alignée d'une nappe formant le même groupement 92 de nanotubes, et reçoit dans sa partie active 913 de guide optique le flux lumineux provenant de la source 901. Ce modulateur 903 reçoit aussi un signal électrique d'horloge depuis un bloc horloge électronique 99h lui-même intégré dans le bloc hybride horloge 90. A partir de ce signal électrique d'horloge, le modulateur 903 module le flux issu de la source 901 pour donner un signal optique d'horloge 929. Ce signal optique est distribué dans le circuit général 900 par le circuit optique 91. Les différents blocs électroniques 99 à 99n de ce circuit 900 utilisent tous un signal d'horloge distribué par un circuit optique intégré 91 sous forme de signal optique 929. Ce signal est reçu par chacun de ces blocs électroniques à travers un récepteur électro-optique 991 selon l'invention, par exemple tel qu'illustré aux FIGURE 6 ou FIGURE 8. On voit que l'invention permet ainsi de réaliser un lien optique rapide intégré au sein du composant général 900, en intégrant de manière monolithique les divers éléments nécessaires, dans une même puce 900. On voit ainsi que le circuit électronique et optique intégré 900 comprend un circuit optique 91 et une pluralité de circuits électroniques 99h et respectivement 99 à 99n. Ces circuits électroniques interagissent entre eux à travers au moins un composant électro-optique 901, 902, 903 et respectivement 991 selon l'invention, qui sont intégrés à la fois dans ce circuit optique 91 et dans ces différents circuits électroniques 99h et respectivement 99 à 99n. Ainsi, chacun de ces composants électro-optiques 901, 902, 903, et respectivement 991 est intégré à la fois dans un circuit électronique 90 et - 26 - dans un circuit intégré optique 91, lesquels circuits intégrés électronique et optique interagissent entre eux à travers lui. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces 5 exemples sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (7)

1. REVENDICATIONS1. Composant photonique (2, 4, 5, 8) comprenant au moins un guide linéaire (21) d'onde optique dont une portion dite active (210) est entourée sur tout ou partie de sa périphérie par un groupement (22) d'un ou plusieurs nanotubes essentiellement semiconducteurs, interagissant avec leur environnement extérieur dans une zone dite active (220) s'étendant de part et d'autre de ladite portion active (210) du guide d'onde optique, induisant ainsi au moins un couplage optique entre - d'une part un signal électrique (229) ou optique (228) appliqué aux nanotubes depuis leur environnement ou restitué par eux à cet environnement, dans ladite zone active, et - d'autre part un signal optique (219) émis ou respectivement reçu dans ladite portion active du guide d'onde optique (21).
2. 2. Composant selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le guide d'onde optique comprend, dans sa portion active, une structure optique d'amplification de signal lumineux.
3. 3. Composant (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il forme un composant électro-optique dans lequel un ou plusieurs nanotubes du groupement de nanotubes (22) interagissent électriquement avec au moins deux électrodes (231, 232) disposées de part et d'autre de la portion active (210) du guide d'onde optique (21), induisant ainsi un couplage électro-optique entre - d'une part un signal électrique (229) appliqué ou respectivement détecté entre lesdites électrodes, et - d'autre part un signal optique (219) émis ou respectivement reçu dans ladite portion active du guide d'onde optique.
4. 4. Composant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le guide optique (21) est en silicium ou en nitrure de silicium et le groupement de nanotubes (22) comprend en majorité des nanotubes de carbone. 2961320 - 28 -
5. 5. Composant selon l'une quelconque des revendications 3 à 4, caractérisé en ce que le signal électrique (229) est appliqué ou détecté par au moins deux électrodes (231, 232) situées autour de la portion active 5 (210) et de part et d'autre du guide d'onde optique (21), de façon à générer entre elles un champ ou un courant électrique sensiblement transversal à l'axe longitudinal (A21) du guide optique (21). 10 d'alignement incluant la portion active (210) du guide optique (21) et tout ou partie de la zone active (620), les nanotubes (621, 821) du groupement de nanotubes (62) sont dans leur majorité alignés dans une direction commune (A62). 15 7. Composant (2, 6, 8, 901) selon la revendication 6, caractérisé en ce que les nanotubes (621, 821) de la zone d'alignement sont dans leur majorité connectés chacun aux deux électrodes (631 et 632), l'application auxdites électrodes d'une tension ou d'un signal électrique (226) créant 20 ainsi dans lesdits nanotubes connectés (621, 821) une injection de porteurs de charge provoquant par phénomène d'électroluminescence une émission d'un flux lumineux à l'intérieur d'un mode optique (69, 89) incluant en tout ou partie la portion active (210) du guide d'onde optique (21), créant à partir du signal (229) ou de la tension appliqués aux électrodes un flux 25 lumineux (219) dans le guide d'onde optique (21) et réalisant ainsi une source lumineuse pour ledit guide optique. 8. Composant (2, 6, 8, 902, 991) selon l'une quelconque des revendications 6 à 7, caractérisé en ce que les nanotubes (621, 821) de la 30 zone d'alignement sont dans leur majorité connectés chacun aux deux électrodes, le passage d'un flux ou d'un signal lumineux (219) au sein de la portion active (210) du guide d'onde optique (21) provoquant par absorption une différence de tension et/ou un courant au sein desdits nanotubes connectés (621, 821), réalisant ainsi aux bornes des électrodes
6. 6. Composant (2, 6, 8, 901, 902) selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que, dans une zone dite- 29 - un détecteur électrique renvoyant un signal électrique (229) en fonction dudit flux ou du signal lumineux (219) traversant ledit guide d'onde optique (21). 9. Composant (2, 4, 5, 7, 903) selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les électrodes (431, 432, 531, 532, 731, 732) interagissent avec les nanotubes du groupement (42, 52, 72) sans connexion électrique, en créant un champ électrique qui provoque au sein desdits nanotubes un effet Kerr et/ou un effet Stark réalisant une modulation d'un flux lumineux (219) circulant dans la portion active (210) du guide d'onde optique (21), en fonction d'une tension ou d'un signal électrique (229) appliqué aux électrodes. 10. Composant selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que le signal électrique (229) appliqué ou détecté au sein du groupement de nanotubes (22, 62, 72, 82) est un signal bipolaire. 11. Composant (2, 4, 5, 6,
7. 7) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le groupement de nanotubes (2, 42, 52, 62, 72) comprend une pluralité de nanotubes. 12. Composant (90) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de guides d'onde optique (911, 912, 913), enrobés en tout ou partie par des nanotubes au sein d'un même groupement de nanotubes (92) ; lesdits guides d'onde optique interagissant indépendamment l'un de l'autre avec chacun au moins deux électrodes, lesdites électrodes déterminant une pluralité de zones actives indépendantes ; réalisant ainsi une pluralité de composants (901, 902, 903) chacun selon l'une quelconque des revendications précédentes (respectivement 7, 8, 9), lesdits composants étant fonctionnellement indépendants les uns des autres tout en utilisant un même groupement de nanotubes (92).- 30 - 13. Composant (2, 4, 6, 7, 8, 90, 991) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est intégré à la fois dans un circuit électronique et dans un circuit intégré optique, lesdits circuits intégrés électronique et optique interagissant entre eux à travers ledit composant électro-optique. 14. Circuit électronique et optique intégré (900) comprenant au moins un circuit optique (91) et au moins un circuit électronique (99h, 99), interagissant entre eux à travers au moins un composant électro-optique (901, 902, 903, et respectivement 991) selon l'une quelconque des revendications 3 à 13, ledit composant électro-optique étant intégré à la fois dans ledit circuit optique (91) et dans ledit circuit électronique (99h, 99). 15. Circuit (900) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de blocs électroniques (99h, respectivement 99) comprenant et utilisant chacun au moins un composant optique-optique ou électro-optique (901, 902, 903, respectivement 991) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 pour communiquer entre eux par des signaux optiques (929). 16. Procédé de fabrication de composant électro-optique ou de circuit selon l'une quelconque des revendications 3 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend au moins, pour la réalisation d'un couplage entre au moins un guide d'onde optique (21) et un ou plusieurs nanotubes (621) : - une création d'au moins une région (42, 62, 322) formant un groupement d'un ou plusieurs nanotubes (421, 621), enrobant au moins une portion (210, 310) de guide d'onde optique (21) et interagissant électriquement avec au moins deux électrodes (431, 432, 631, 632, 331, 332) situées de part et d'autre de ladite portion de guide d'onde optique ; ou - une création d'au moins une portion (310) de guide d'onde optique enrobé en tout ou partie par au moins une région (321) formant un groupement d'un ou plusieurs nanotubes interagissant électriquement- 31 - avec au moins deux électrodes (331, 332) situées de part et d'autre de ladite portion de guide d'onde optique ; ou - une combinaison (321, 322) de ces deux opérations. 17. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, l'opération de création comprend les étapes suivantes : - gravure ou dépôt formant au moins un guide optique (21, 210) en silicium ou nitrure de silicium ; - dépôt d'une région (42, 62, 82) formant un groupement de un ou plusieurs nanotubes (421, 621 à 621n, 821) de type semiconducteur entourant tout ou partie de la périphérie d'au moins une portion dite active (210) dudit guide d'onde optique (21) ; - gravure ou dépôt d'électrodes (431, 432, 631, 632) entourant de part et d'autre ladite portion active (210) du guide d'onde optique et agencées pour interagir (49, 69) électriquement avec les nanotubes (421, 621 à 621n, 821) entourant ladite portion active (210). 18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 16 ou 17, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, entre une étape de dépôt de nanotubes (621 à 621n, 821) et une étape de création des électrodes (631, 632) : - une étape de gravure ou découpe dudit groupement (62) de nanotubes en deux régions de découpe (6310, 6320) réparties de part et d'autre de la portion active (210) du guide d'onde optique, lesdites régions de découpe étant agencées pour couper une même pluralité de nanotubes (621 à 621n) au sein dudit groupement ; l'étape de création des électrodes comprenant un dépôt ou une croissance desdites électrodes (631, 632) à l'intérieur desdites régions (6310, 6320) de découpe, de façon à connecter électriquement lesdites électrodes aux deux extrémités (exl, ex2) d'une même pluralité de nanotubes (621 à 621n) du groupement de nanotubes.- 32 - 19. Procédé de fabrication de composant électro-optique selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'opération de création comprend les étapes suivantes : - gravure ou dépôt, d'une part, de matériau formant au moins un guide optique (21) en silicium ou nitrure de silicium, et d'autre part d'électrodes (531, 532) entourant de part et d'autre une portion dite active (210) du guide d'onde optique ; - dépôt d'un groupement de nanotubes (52) de type semiconducteur enrobant tout ou partie de la périphérie d'au moins ladite portion active (210) dudit guide d'onde optique et agencés pour interagir électriquement avec lesdites électrodes. 20. Procédé selon l'une quelconque des revendications 16 à 19, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de sous-gravure du substrat ou de la couche (200) située sous le guide d'onde optique (21), réalisée au niveau de la portion active (210) de façon à permettre au groupement de nanotubes (42) de venir enrober la partie inférieure dudit guide d'onde optique. 21. Procédé selon l'une quelconque des revendications 16 à 20, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de réalisation d'au moins une région monobloc (92) formant un groupement de nanotubes, suivie d'une ou plusieurs opérations de réalisation d'une pluralité de composants (901, 902, 903) selon l'une quelconque des revendications 3 à 13, fonctionnellement indépendants et réalisées au sein d'un même groupement de nanotubes (92). 22. Procédé selon l'une quelconque des revendications 16 à 21, caractérisé en ce qu'il comprend un contrôle de la longueur d'onde optique du couplage optique ou électro-optique par le choix de l'index d'enroulement (n, m) des nanotubes (421, 621, 821) du couplage. 23. Procédé de fabrication de circuit intégré hybride optoélectronique comprenant d'une part une réalisation d'au moins un circuit électronique- 33 - (99h, 99) et d'autre part une réalisation d'au moins circuit optique (91) au sein d'un même circuit intégré (9), caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une étape de réalisation d'au moins un composant électrooptique (901, 902, 903, 991) selon l'une quelconque des revendications 16 à 22 intégré à la fois audit circuit électronique et audit circuit optique.