Chaire de recherche sur les nanomatériaux pour la photonique intégrée

Les technologies photoniques, telles que les lasers et les systèmes de communications optiques, sont au coeur des technologies numériques d’aujourd’hui et sont appelées à jouer un rôle crucial dans celles de demain. Avec l’arrivée de l’Internet des Objets et de la 5G, la demande en matière de calcul, stockage et transfert de données croit de manière exponentielle. 

Concevoir des dispositifs optoélectroniques capables d’accélérer cette cadence est l’un des objectifs principaux dans le domaine des télécommunications. Toutefois, bien souvent, les matériaux conventionnels tels que le silicium ne suffisent plus à la tâche. Il devient donc essentiel de trouver et d’intégrer de nouveaux matériaux qui possèdent de meilleurs propriétés optoélectroniques.

Des études préliminaires ont démontré que le graphène, un matériau bidimensionnel (2D) peut convertir extrêmement rapidement les signaux lumineux en signaux électriques, un processus appelé photodétection. Constitué d'une couche simple d'atomes de carbone, ce matériau se démarque par ses propriétés optiques et électroniques époustouflantes.Toutefois, son utilisation dans des technologies photoniques à grande échelle est principalement limitée par l’absence de procédés de fabrication et d’intégration fiables.

Pour y parvenir, le professeur Mathieu Massicotte et le professeur Serge Ecoffey, cochercheur de la chaire, développeront, d’une part, une technique novatrice pour intégrer le graphène à grande échelle sur les plateformes de photonique intégrée, ce qui facilitera le transfert technologique subséquent vers l’industrie. D’autre part, ils mettront au point des photodétecteurs ultrarapides à base de graphène qui seront intégrés à même des circuits photoniques. À terme, ces photodétecteurs pourraient jouer un rôle central dans les systèmes de communication optique du futur.

L'objectif général de cette chaire de recheche est d’exploiter les propriétés extraordinaires du graphène pour accroître les performances des circuits photoniques intégrés et étendre leurs champs d’application. L'intégration à grande échelle du graphène, dans les lignes de production industrielle constitue une étape cruciale vers la commercialisation d’une panoplie de technologies basée sur ce nanomatériau exceptionnel. Ainsi, la réalisation de cette programmation ambitieuse, qui s'inscrit dans une collaboration avec Teledyne DALSA et CMC Microsystèmes, contribuera à consolider la position enviable du Québec et la zone d'innovation (ZI) Technum Québec dans le domaine des technologies numériques.

Pour accomplir cet objectif de grande envergure, la programmation sera divisée en deux volets interreliés et novateurs :

• Volet 1 - Intégration du graphène sur la plateforme SiN : en employant les outils de la microélectronique, nous mettrons au point des procédés de transfert et de fabrication fiables et économiquement viables pour intégrer le graphène sur la plateforme SiN de manière compatible avec les standards industriels. À terme, ces techniques pourront être utilisées pour intégrer d’autres matériaux 2D à diverses plateformes technologiques, multipliant ainsi les possibilités de commercialisation des matériaux 2D.
• Volet 2 - Développement des composants actifs à base de graphène intégrés à la plateforme SiN : en utilisant les procédés développés dans le WP1, nous concevrons, fabriquerons et testerons des photodétecteurs ultrarapides à base de graphène intégrés à des guides d’ondes et structures photoniques en SiN, tels qu’illustré à la Figure 1. À terme, ces photodétecteurs pourront être fabriqués et commercialisés à grande échelle, ce qui contribuera à rendre la plateforme SiN plus compétitive face aux autres plateformes photoniques.

De manière générale, la réalisation de cette programmation permettra de diversifier les applications des CIP en SiN et d’accélérer la commercialisation de technologies à base de graphène. En plus de profiter de ces avancées, les partenaires industriels bénéficieront des nouvelles connaissances dans les domaines de la photonique intégrée et des nanomatériaux qui découleront de cette programmation et qui, à terme, pourraient conduire à des innovations de rupture dans l’industrie des technologies numériques.

En ce sens, les objectifs de cette programmation sont en parfaite adéquation avec les orientations stratégiques de la Zone d'innovation Technum Québec, à savoir le développement des connaissances et la commercialisation de nouvelles technologies dans le domaine du numérique.

Cette chaire de recherche est créée grâce à l'appui financier du Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies, du ministère de l'Économie, de l'Innovation et de l'Énergie (MEIE) et l'Université de Sherbrooke.