Les matériaux rares ou difficiles à produire sont indispensables à de nombreuses industries. Parmi eux, les substrats monocristallins sont des matériaux de base sur lesquels va être appliqué un traitement spécifique donnant lieu à la formation de couches. Il existe plusieurs types de substrats que l’on trouve fréquemment dans le domaine industriel. Les wafers silicium constituent à ce titre des composants incontournables pour la création d’éléments électroniques. Pour comprendre l’importance des substrats de nos jours, un tour d’horizon de leurs rôles s’impose.
Les applications pour les substrats de silicium
Les substrats monocristallins permettant le dépôt de couches minces peuvent être de différents types. On trouve notamment sur le marché des substrats de saphir, au tellure de zinc, au quartz ou encore au silicium. Disponibles selon des caractéristiques diverses, les wafers silicium sont employés dans l’industrie pour la fabrication de substrats ainsi que de membranes de silicium. Leur utilisation est extrêmement répandue pour créer des puces d’ordinateurs et des cellules solaires. Les wafers de silicium sont largement employés en tant que supports pour les circuits intégrés, les transistors et les semi-conducteurs. Ils se présentent sous la forme de disques fins servant à fabriquer des microstructures via plusieurs méthodes (gravure, photolithographie, déposition de matériaux, etc.). On estime à près de 200 kilotonnes de silicium purifié la quantité nécessaire pour produire chaque années des wafers de silicium destinés à un usage industriel. La majeure partie de la production (autour de 90 %) permet de mettre au point des cellules solaires qui vont entrer dans la fabrication de nouveaux panneaux photovoltaïques. Le reste de la production fait partie des composants essentiels à la création de semi-conducteurs.
Des substrats cristallins dans de nombreux secteurs
Les substrats cristallins sont en mesure d’être utilisés de diverses manières pour répondre aux besoins des industries de pointe dans le monde entier. De forme ronde ou carré, ils sont créés via des procédés fonctionnant sur le principe de l’ajout d’atomes sur un substrat de base. Selon les matériaux, ils possèdent des caractéristiques physiques particulières, telles que la conductivité des ondes ou bien la conduction électrique, qui justifient leur utilisation dans plusieurs cas de figure. Il est possible de passer par des entreprises spécialisées pour s’approvisionner en substrats monocristallins. Des applications variées sont possibles dans le secteur électronique, les nanotechnologies et les biotechnologies notamment. Parmi les substrats monocristallins existants, ceux faits de nitrure d’aluminium servent par exemple à concevoir des systèmes d’imagerie médicale ainsi que certains types de diodes UV.
La fabrication des MEMS et leurs utilisations
Les substrats monocristallins sont aussi massivement employés pour fabriquer des systèmes micro-électromécaniques (MEMS). Ces composants sont conçus à partir de matériaux semi-conducteurs. La méthode privilégiée consiste à utiliser des wafers de silicium comme substrats afin de produire les microsystèmes à travers plusieurs étapes mêlant épitaxie, dépôt de résine et photolithographie. Les MEMS conçus par des laboratoires trouvent un nombre remarquable d’applications dans des domaines industriels variés, en particulier l’électronique et la biologie. Concrètement, les MEMS conçus à l’aide de substrats monocristallins vont permettre de créer des composants figurant dans les imprimantes à jet d’encre, entrer dans la fabrication d’accéléromètres et de gyromètres, servir à concevoir des émetteurs et des récepteurs acoustiques, des capteurs de pression ou encore des filtres électromécaniques.
