Composants passifs intégrés dédiés à la conversion et au stockage de l'énergie

Les travaux presentes traitent de l'integration des composants passifs pour la conversion et le stockage de l'energie dans un contexte general de l'electronique nomade. Le developpement de la micro-electronique conduisant a la miniaturisation des circuits electroniques a permis le boom de l'electronique nomade (smart phones, tablettes, appareils photos numeriques, etc.) et l'emergence des reseaux de capteurs communicants (intelligence ambiante). Les enjeux des annees a venir sont : toujours plus de fonctionnalites et l'augmentation de l'autonomie energetique de ces differents objets. La miniaturisation et l'approche de l'integration heterogene 3D font partie des solutions pour lever les verrous technologiques associes a ces defis. Concernant les circuits de puissance assurant la conversion et la gestion de l'energie, la taille des convertisseurs est definie par l'encombrement des elements passifs les constituant. Je presenterai les travaux realises depuis 2005 au LAAS-CNRS permettant l'integration sur silicium de composants passifs (bobines, condensateurs) pour ces systemes de gestion de l'energie. Les travaux sont axes sur la conception, le developpement des topologies et des filieres technologiques pour micro-bobines (L) et condensateurs integres (C). Ainsi, pour des condensateurs a forte densite (au-dela des 500 nF.mm-2), les technologies de gravure du silicium ont ete explorees associees a la synthese et la caracterisation de materiaux a forte permittivite dielectrique. En ce qui concerne les micro-bobines, pour repondre au cahier des charges des convertisseurs fonctionnant autour du watt, les developpements se concentrent sur l'integration du noyau magnetique ainsi que les technologies de depots epais d'isolants et de metaux. A long terme, pour produire des alimentations toutes integrees sur puce, l'integration et l'empilement de puces multi-fonctionnelles sont a concevoir. Nous montrerons quelques pistes d'integration : puce passive (contenant bobine et condensateur sur le meme substrat), ou co-integration passif-actifs au sein de la filiere d'integration fonctionnelle. Dans un deuxieme volet, nous aborderons la thematique de l'autonomie energetique des microsystemes (capteurs ou autre). De nombreux travaux de recherche ont emerge depuis le debut des annees 2000 sur les microsystemes de recuperation de l'energie ambiante : solaire, thermique, mecanique, acoustique. Etant donne la necessite d'un stockage tampon de l'energie recuperee, la solution la plus pertinente est d'utiliser un supercondensateur, element de stockage presentant des durees de vie quasi-illimitees. Je presenterai les activites de recherche liees a l'integration de micro-supercondensateurs sur silicium. Les premiers dispositifs a base de charbon actif et autres carbones nanostructures ont montre des performances interessantes : pres de 250 mJ.cm-2 d'energie et 200 mW.cm-2 de puissance. Finalement, les perspectives de recherche sur ces thematiques seront proposees et discutees.