Matériaux piézoélectriques sans plomb
Des matériaux et procédés innovants pour évoluer vers le piézoélectrique sans plomb
La directive européenne LdSD (RoHS) interdit désormais le plomb dans les appareils électroniques mis sur le marché. Si le PZT, matériau très courant dans l’industrie des MEMS contenant du plomb, bénéficie d’une exemption, son temps est toutefois compté. Heureusement, le CEA-Leti a une connaissance pointue de deux matériaux piézoélectriques sans plomb : le KNN (niobate de potassium et de sodium) et l’AlScN (nitrure d’aluminum scandium).
En appui de la transition vers l’électronique sans plomb, l’expertise du CEA-Leti couvre toute la chaîne de valeur, du choix du matériau à son intégration dans les composants en passant par la modulation fine des concentrations de dopage pour des applications spécifiques.
Applications
Le CEA-Leti est capable d’intégrer ces matériaux sans plomb dans de multiples dispositifs :
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Microphones et micro haut-parleurs MEMS piézoélectriques;
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MEMS pour les dispositifs optiques (lentilles, micro-miroirs).
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Avantages
Le CEA-Leti possède une connaissance approfondie unique, tant des matériaux piézoélectriques sans plomb que des procédés de fabrication à l’échelle industrielle. Ses procédés MEMS piézoélectriques sont compatibles avec les technologies d’intégration à très grande échelle (VLSI) sur plaques 200 mm, ce qui facilite le transfert industriel.
Concernant le KNN, l’ensemble du processus de fabrication en 200 mm peut se dérouler dans les salles blanches du CEA-Leti à partir de matériau fourni par Sumitomo Chemical. L’institut, qui optimise actuellement son procédé de dépôt d’AlScN, disposera bientôt de ses propres équipements de dépôt de KNN, élargissant ainsi la gamme des composants pouvant être fabriqués sur place.
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Credits: CEA
Travailler avec le CEA-Leti
CEA-Leti has a strong track record transferring PZT processes to major foundries. These same capabilities are now available for lead-free piezoelectric materials. Semiconductor foundries, fabless companies, semiconductor process equipment manufacturers, and tech companies can turn to CEA-Leti to develop the next generation of lead-free devices for their own products and their integrator customers. CEA-Leti is accustomed to working with third-party KNN suppliers and is prepared to scale-up lead-free-material deposition processes to meet new partners’ specific needs.
Publications scientifiques
Kuentz, H., et al. (2024). “KNN lead-free technology on 200 mm Si wafer for piezoelectric actuator applications.” Sensors and Actuators A. Physical, 372, 115370.
Mollard, L., et al. (2025). “Effects of potassium sodium niobate (KNN) thickness on biaxial non-resonant microelectromechanical systems (MEMS) mirror performance.” J. Sens. Sens. Syst., 14, 27–35.
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