TITRE : PROCEDE DE FABRICATION D'UN RESONATEUR SUPRACONDUCTEUR DE TYPE LC ET RESONATEUR SUPRACONDUCTEUR AINSI OBTENU

La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un résonateur supraconducteur de type LC et ainsi que le résonateur supraconducteur ainsi obtenu pour, entre autres, fonctionner comme détecteur d'ondes électromagnétiques.

Grâce à leur performance inégalée, particulièrement en terme de sensibilité qui peut approcher la limite quantique donnée par le bruit d'un photon, les résonateurs supraconducteurs de type LC semblent très performants pour détecter la lumière primordiale émise au début de l'expansion de l'univers, sonder le milieu interstellaire qui est le siège de la formation des étoiles, ou bien étudier les processus physico-chimiques des atmosphères planétaires y compris celle de la Terre.

En effet, les photons millimétriques, c'est-à-dire possédant des énergies de l'ordre du milli-électronvolt, et les matériaux supraconducteurs ayant une énergie d'excitation du même ordre de grandeur, ces derniers, lorsqu'ils sont utilisés comme détecteurs à inductance cinétique micro onde (MKIDs), deviennent particulièrement adaptés pour la détection de photons millimétriques.

Les détecteurs MKIDs sont par exemple utilisés actuellement dans le projet NIKA issu d'une collaboration entre l'institut Néel et l'IRAM de Grenoble pour sonder le milieu interstellaire dans le millimétrique.

Ces détecteurs MKIDs sont constitués d'un méandre inductif qui joue le rôle d'absorbeur du rayonnement électromagnétique, en parallèle avec une capacité inter-digitée.

Il est donc nécessaire de recourir à une inductance du type méandre inductif pour que ces résonateurs soient également des détecteurs. Ainsi, les résonateurs décrits dans l'article référencé IEEE

TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, 16 juin 2009, pages 948-952, XP011262430, DOi : 10.1109/TASC.2009.2019665, rédigé par KATARINA CICAK ET AL. et intitulé « Vacuum-Gap Capacitors for Low- Loss Superconducting Résonant Circuits », ne peuvent pas être utilisés comme détecteur dans la mesure où l'inductance n'est pas un méandre inductif. De plus, les électrodes sont en aluminium, donc sujettes à l'oxydation, ce qui génère du bruit.

On entend donc par « méandre inductif » toute inductance prenant la forme d'un fil ou ruban déroulé de façon sinueuse.

Le circuit LC ainsi obtenu est couplé à une ligne de lecture planaire à travers laquelle il est excité par l'application d'un signal micro-onde. La ligne sert aussi à mesurer la fréquence et la phase de la résonance.

L'article PROCEEDINGS OF SPIE, vol . 7741, du 16 juillet 2010, référencé XP055635532, DOi : 10.1117/12.857341, rédigé par SIMON DOYLE ET AL et intitulé « A review of the lumped element kinetic inductance

detector », décrit un tel détecteurs MKIDs équipé d'une capacité inter digitée planaire (2D et non 3D).

Le principe de fonctionnement d'un détecteur MKID est le suivant.

Lorsqu'un photon est absorbé par une couche mince supraconductrice de la partie inductive, son énergie brise les paires de Cooper et modifie l'inductance de surface de la couche mince, induisant par conséquent la modification de la fréquence propre ainsi que de la phase du circuit LC.

Toutefois, il existe un bruit intrinsèque qui a été identifié dans des dispositifs à résonateurs supraconducteurs, mais dont le mécanisme n'est pas encore totalement compris: il s'agit du bruit des systèmes à deux niveaux (ou bruit TLS pour Two-Level System) principalement généré au niveau de la partie capacitive à l'interface entre le matériau

supraconducteur du résonateur et le diélectrique, généralement amorphe. Même à très basse température, ce bruit induit des perturbations dans le résonateur sous la forme d'un bruit de composante inversement proportionnel à la fréquence. Sachant que les MKIDs sont réalisés à l'aide de films supraconducteurs déposés sur un substrat de silicium, le bruit TLS constitue actuellement l'obstacle majeur pour atteindre les

sensibilités approchant la limite quantique donnée par le bruit d'un photon.

Pour s'affranchir au maximum de ce bruit, les équipes de recherche s'essayent à développer des résonateurs avec des capacités utilisant des diélectriques non amorphes tels que le silicium monocristallin.

Cependant, la mise en œuvre de MKIDs avec un tel diélectrique est difficile et un gain substantiel en performance n'est pas pour autant garanti.

Afin de réduire effectivement le bruit TLS, sachant qu'il est prédominant dans la partie capacitive, l'invention se propose de fabriquer des résonateurs supraconducteurs de type LC dotés d'une capacité sans diélectrique, et dont les électrodes parallèles sont séparées par du vide.

L'espace vide entre les deux électrodes doit être suffisamment faible, typiquement quelques centaines, voire quelques dizaines, de

nanomètres, afin de maintenir une fréquence de résonance suffisamment basse, typiquement quelques GHz, facilement mesurable avec une électronique de lecture peu coûteuse et simple à mettre en œuvre.

L'invention propose à cet effet un procédé de fabrication d'un résonateur supraconducteur de type LC et du type comprenant au moins un substrat de haute résistivité sur lequel sont imprimés un méandre inductif, une première électrode dite inférieure et une seconde électrode dite supérieure agencée en regard de la première de manière à former ensembles une capacité connectée en parallèle avec le méandre inductif, ainsi que des moyens de couplage inductif dédiés audit résonateur, dans lequel on procède successivement au moins aux étapes suivantes :

- Une étape E0 de fourniture du substrat de haute résistivité, - Une étape El d'impression simultanée du méandre inductif et de l'électrode inférieure,

- Une étape E2 d'impression des moyens de couplage,

- Une étape E3 d'impression d'une couche d'aluminium recouvrant entièrement l'électrode inférieure,

- Une étape E4 d'impression de l'électrode supérieure sur la couche d'aluminium,

- Une étape E5 de dissolution de la couche d'aluminium .

Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou de substitution sont énoncées ci-après.

Selon certaines caractéristiques, l'étape d'impression E3 peut conduire à une couche d'aluminium d'épaisseur variant de quelques dizaines à quelques centaines de nanomètres.

Selon certaines caractéristiques, l'étape d'impression E3 peut conduire à une couche d'aluminium d'épaisseur inférieure à 400 nm,

préférentiellement inférieure à 150 nm, encore plus préférentiellement comprise entre 40 et 70 nm.

Selon d'autres caractéristiques, l'étape d'impression simultanée El du méandre inductif et de l'électrode inférieure peut être est réalisée par les techniques de lithographie, préférentiellement la lithographie optique suivie d'une gravure ionique réactive, à partir d'une couche de nitrure de titane (TiN) de l'ordre de 60 nm d'épaisseur préalablement déposée par les techniques PVD, préférentiellement les techniques de pulvérisation cathodique.

Selon d'autres caractéristiques encore, l'étape d'impression E2 peut consister en la réalisation d'une ligne de lecture coplanaire de l'ordre de 50 Ohms en niobium et de l'ordre de 100 nm d'épaisseur, par les techniques de lithographie, préférentiellement la lithographie optique, suivies de dépôts PVD, préférentiellement de dépôts par pulvérisation cathodique, puis de définition par les techniques de lift-off.

Selon d'autres caractéristiques encore, l'étape d'impression E3 de la couche d'aluminium peut être réalisée par les techniques de lithographie, préférentiellement la lithographie optique, suivies de dépôts PVD, préférentiellement de dépôts par pulvérisation cathodique, puis de définition par les techniques de lift-off.

Selon d'autres caractéristiques encore, l'étape d'impression E4 peut conduire à la réalisation de l'électrode supérieure en un matériau choisi dans la liste définie par (TiN, TaN, NbN) par les techniques de

lithographie, préférentiellement la lithographie optique, suivies de dépôts PVD, préférentiellement de dépôts par pulvérisation cathodique, puis de définition par les techniques de lift-off.

Contrairement à l'aluminium utilisé dans l'article référencé IEEE

TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, 16 juin 2009, pages 948-952, XP011262430, DOi : 10.1109/TASC.2009.2019665, rédigé par KATARINA CICAK ET AL. et intitulé « Vacuum-Gap Capacitors for Low- Loss Superconducting Résonant Circuits » ou le niobium, les matériaux TiN, TaN et NbN, qui sont, respectivement, obtenus par procédé de nitruration du Ti, Ta et Nb, sont plus stables et ne s'oxydent pas facilement.

Selon d'autres caractéristiques encore, l'étape d'impression E4 peut conduire à la réalisation de l'électrode supérieure en TiN par les

techniques de lithographie, préférentiellement la lithographie optique, suivies de dépôts PVD, préférentiellement de dépôts par pulvérisation cathodique, puis de définition par les techniques de lift-off.

Selon d'autres caractéristiques encore, l'étape de dissolution E5 peut s'effectuer par immersion du résonateur dans un développeur consistant en une solution basique de PH supérieur à 10,5 contenant, de préférence, de l'ammoniac ou bien de l'hydroxyde de tétra-méthyl-ammonium, suivant une durée comprise entre 20 et 60 minutes. Selon d'autres caractéristiques encore, l'étape E4 d'impression de l'électrode supérieure peut aboutir à la formation d'une électrode supérieure constituée de N micro-ponts en parallèle et connectés à leurs extrémités respectives par deux rubans. Selon d'autres caractéristiques encore, lors des étapes El, E3, E4 on peut imprimer une pluralité d'électrodes inférieures et d'électrodes

supérieures, agencées pour former une pluralité de capacités en parallèle.

L'invention a également pour objet un résonateur supraconducteur de type LC et du type comprenant au moins un substrat de haute résistivité sur lequel sont imprimés un méandre inductif, une première électrode dite inférieure et une seconde électrode dite supérieure agencée en regard de la première de manière à former ensembles une capacité connectée en parallèle avec le méandre inductif, ainsi que des moyens de couplage RF dédiés audit résonateur, dans lequel la première électrode dite inférieure et la seconde électrode dite supérieure sont sensiblement parallèles et séparées par un espace vide selon une distance variant de quelques dizaines à quelques centaines de nanomètres.

Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou de substitution sont énoncées ci-après.

Selon certaines caractéristiques, la première électrode dite inférieure et la seconde électrode dite supérieure peuvent être sensiblement parallèles et séparées par un espace vide selon une distance inférieure à 400 nm, préférentiellement inférieure à 150 nm, encore plus préférentiellement comprise entre 40 et 70 nm.

Selon certaines caractéristiques, le substrat peut être choisi dans la liste définie par les substrats de silicium à haute résistivité et les saphirs de 2 pouces de diamètre et de 330 pm d'épaisseur, les quartz, les silices, les carbures de silicium. Selon d'autres caractéristiques, le méandre inductif et l'électrode inférieure peuvent être des gravures de nitrures de titane (TiN) avec une épaisseur comprise entre 40 et 80 nm, préférentiellement de l'ordre de 60 nm.

Selon d'autres caractéristiques encore, les moyens de couplage peuvent constituer une ligne de lecture coplanaire gravée sur le substrat, de 50 Ohm et en niobium (Nb), avec une épaisseur comprise entre 80 et 150 nm, préférentiellement de l'ordre de 100 nm.

Selon d'autres caractéristiques encore, l'électrode supérieure peut être constituée principalement par un matériau choisi dans la liste définie par (TiN, TaN, NbN) par les techniques de lithographie, préférentiellement la lithographie optique, suivies de dépôts PVD, préférentiellement de dépôts par pulvérisation cathodique, puis de définition par les techniques de lift- off avec une épaisseur comprise entre 350 et 550 nm.

Selon d'autres caractéristiques encore, l'électrode supérieure peut être constituée de N micro-ponts en parallèle et connectés à leurs extrémités respectives par deux rubans.

Selon d'autres caractéristiques encore, le résonateur peut comprendre une pluralité d'électrodes inférieures et d'électrodes supérieures, agencées pour former une pluralité de capacités en parallèle, de sorte que ledit résonateur démontre une résonance comprise entre 0,1 et 8 GHz ainsi qu'un facteur de qualité intrinsèque Qi supérieur à 700000.

L'invention a également pour objet l'application d'un résonateur supraconducteur de type LC selon l'invention, à la détection du

rayonnement électromagnétique millimétriques / submillimétriques jusqu'aux rayons X.

D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants : [FIG.l] est un graphique illustrant la modification des propriétés d'un substrat supraconducteur après absorption d'un photon.

[FIG.2] est un schéma de principe d'un résonateur supraconducteur de type LC.

[FIG.3] est un schéma de principe d'un résonateur supraconducteur de type LC selon l'invention.

[FIG.4] est un détail du schéma de principe d'un résonateur

supraconducteur de type LC selon l'invention.

[FIG.5] est un graphique illustrant les résonances obtenues avec des MKIDs à base de condensateurs à électrodes supérieures suspendues sans diélectrique selon l'invention.

[FIG.6] est un graphique comparatif illustrant les fluctuations de la constante diélectrique observée chez des MKIDs selon l'invention, et chez des MKIDs avec des capacités inter-digitées.

A des fins de clarté et de concision, les références sur les figures correspondent aux mêmes éléments.

Les modes de réalisation décrits ci-après étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites, isolées des autres

caractéristiques décrites (même si cette sélection est isolée au sein d'une phrase comprenant ces autres caractéristiques), si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique

antérieure.

Cette sélection comprend au moins une caractéristique, de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. La Figure 2 rappelle le principe de fonctionnement d'un détecteur MKID constitué d'un méandre inductif 3 d'inductance L qui joue le rôle d'absorbeur du rayonnement électromagnétique, en parallèle avec une capacité inter-digitée 4.

Le circuit LC ainsi obtenu est couplé à une ligne de lecture planaire, qui fait office de moyens de couplages 2, et à travers laquelle il est excité par l'application d'un signal micro-onde. La ligne sert aussi à mesurer la fréquence et la phase de la résonance.

Pour rappel, les détecteurs d'inductance cinétique (MKIDs), également appelés détecteurs d'inductance cinétique à micro - ondes sont des détecteurs de photons supraconducteurs de type LC mis au point pour la première fois par des scientifiques du California Institute of Technology et du Jet Propulsion Laboratory en 2003.

Ils fonctionnent à des températures cryogéniques, généralement inférieures à 1 kelvin (par exemple -0.1 K) et sont utilisés pour la grande sensibilité astronomique de détection pour des fréquences allant de l'infrarouge lointain aux rayons X.

Le principe de fonctionnement est le suivant. Des photons incidents sur une bande de matériau supraconducteur rompent les paires de Cooper et créent un excès de quasi-particules.

En physique de la matière condensée, une paire de Cooper ou une paire de BCS est une paire d'électrons (ou d'autres fermions) liés ensemble à basse température. L'état du couple Cooper est responsable de la supraconductivité.

Egalement pour rappel, la supraconductivité est un phénomène de résistance électrique absolument nulle et d'expulsion des champs de flux magnétiques se produisant dans certains matériaux, appelés

supraconducteurs, lorsqu'ils sont refroidis au- dessous d'une température critique caractéristique. Toujours pour rappel, un résonateur est un dispositif qui présente une résonance ou un comportement de résonance, en oscillant à des fréquences, appelé ses fréquences de résonance, avec une plus grande amplitude que les autres. Les oscillations dans un résonateur peuvent être soit électromagnétiques, soit mécaniques (y compris acoustiques).

Les résonateurs sont utilisés pour générer des ondes de fréquences spécifiques ou pour sélectionner des fréquences spécifiques à partir d'un signal.

L'inductance cinétique de la bande supraconductrice est inversement proportionnelle à la densité des paires de Cooper, de sorte que

l'inductance cinétique augmente lors de l'absorption de photons.

Cette inductance est combinée à un condensateur pour former un résonateur hyperfréquence dont la fréquence de résonance varie avec l'absorption des photons.

Cette lecture basée sur le résonateur est utile pour développer des réseaux de détecteurs grand format, car chaque MKID peut être adressé par une seule tonalité hyperfréquence et de nombreux détecteurs peuvent être mesurés à l'aide d'un seul canal hyperfréquence à large bande, technique connue sous le nom de « multiplexage » par répartition en fréquence.

Le phénomène de résonance électrique se produit dans un circuit électrique à une fréquence de résonance donnée où les parties

imaginaires des impédances et admittance des éléments de circuit s'annulent.

Dans certains circuits, la résonance électrique a lieu lorsque l'impédance entre l'entrée et la sortie du circuit est près de zéro et la fonction de transfert est près de l'unité.

Les circuits résonants comportent des retentissements et peuvent générer de plus hautes tensions et courants que ceux qu'ils reçoivent, ce qui les rend utiles pour la transmission sans fil. La Figure 1 rappelle également que lorsqu'un photon est absorbé par la couche mince supraconductrice de la partie inductive 3, son énergie brise les paires de Cooper et modifie l'inductance de surface de la couche mince, induisant par conséquent la modification de la fréquence propre ainsi que de la phase du circuit LC.

La présente invention concerne donc la réalisation d'une capacité 4 sans diélectrique, dont l'électrode supérieure est suspendue à quelques centaines de nanomètres de l'électrode inférieure grâce à l'utilisation d'une couche d'aluminium .

Celle-ci joue le rôle de couche sacrificielle et remplace les résines photosensibles.

Son épaisseur détermine précisément le gap entre les deux électrodes et par conséquent la valeur de la capacité.

Plus précisément, des électrodes séparées par un espace vide selon une distance variant de quelques dizaines à quelques centaines de

nanomètres, sont ainsi réalisées.

Avantageusement, des électrodes séparées par un espace vide selon une distance inférieure à 400 nm, préférentiellement inférieure à 150 nm, encore plus préférentiellement comprise entre 40 et 70 nm, sont ainsi réalisées.

Le procédé de fabrication d'un résonateur supraconducteur de type LC selon l'invention comprend une étape initiale E0 qui consiste à fournir un substrat de haute résistivité.

Le substrat doit être un substrat à haute résistivité que l'on pourra choisir parmi les substrats de silicium à haute résistivité, les saphirs de deux pouces de diamètre et de 330 pm d'épaisseur, les quartz, les silices, les carbures de silicium .

Puis s'ensuit : - une étape El d'impression simultanée du méandre inductif 3 et de l'électrode inférieure 41,

- une étape E2 d'impression des moyens de couplage 2,

- une étape E3 d'impression d'une couche d'aluminium recouvrant entièrement l'électrode inférieure 41,

- une étape E4 d'impression de l'électrode supérieure 40 sur la couche d'aluminium, et enfin

- une étape E5 de dissolution de la couche d'aluminium.

L'invention permet donc d'obtenir un résonateur supraconducteur de type LC dont la capacité 4 est dépourvue de diélectrique.

Selon l'invention, les électrodes sont séparées par un espace vide selon une distance variant de quelques dizaines à quelques centaines de nanomètres.

De manière préférentielle, l'étape d'impression E3 conduit à une couche d'aluminium d'épaisseur inférieure à 400 nm, préférentiellement inférieure à 150 nm, encore plus préférentiellement comprise entre 40 et 70 nm .

L'espace vide entre les deux électrodes doit en effet être suffisamment faible, afin de maintenir une fréquence de résonance suffisamment basse, typiquement de l'ordre de quelques GHz, pour qu'elle soit facilement mesurable avec une électronique de lecture peu coûteuse et simple à mettre en œuvre.

De manière préférentielle, l'étape d'impression simultanée El du méandre inductif 3 et de l'électrode inférieure 41 est réalisée par la technique de lithographie optique suivie d'une gravure ionique réactive, à partir d'une couche de nitrure de titane (TiN) de l'ordre de 60 nm d'épaisseur préalablement déposée par pulvérisation cathodique. De manière également préférentielle, l'étape d'impression E2 consiste en la réalisation d'une ligne de lecture coplanaire de l'ordre de 50 Ohms en niobium et de l'ordre de 100 nm d'épaisseur, par les techniques de lithographie optique, de dépôt par pulvérisation cathodique et de lift-off.

De manière également préférentielle, l'étape d'impression E3 de la couche d'aluminium est réalisée par les techniques de lithographie optique, de dépôt par pulvérisation cathodique et de lift-off.

Contrairement aux résines photosensibles, on peut déposer ainsi des couches d'aluminium de très faibles épaisseurs, jusqu'à 10 nm, avec une très grande précision (± 1 nm) sur une grande surface

De manière également préférentielle, l'étape d'impression E4 conduit à la réalisation de l'électrode supérieure 40 principalement constitué par un matériau choisi dans la liste définie par (TiN, TaN, NbN) avec une bande Gap supérieure ou égale à 2 électron Volt, par les techniques de lithographie optique, et de dépôt par pulvérisation cathodique et de lift- off. Le Nitrure de Titane pourra être privilégié.

Les principaux équipements utilisés sont un aligneur de masques muni d'une lampe UV 365 nm et un banc de pulvérisation cathodique équipé de cibles de Nb, Al et Ti.

Ainsi, les modes de réalisation préférentiels de ces étapes de fabrication reposent donc essentiellement sur l'utilisation des techniques qui sont parfaitement maîtrisés à ce jour, à savoir les techniques de

photolithographie et de dépôts de couches minces par pulvérisation cathodique.

D'autres techniques de lithographie pourraient être utilisées en

substitution à la lithographie optique.

D'autres techniques PVD pourraient aussi être utilisées en substitution à la pulvérisation cathodique. De manière également préférentielle, l'étape de dissolution E5 s'effectue par immersion du résonateur dans un développeur contenant de l'hydroxyde de tétra-méthyl-ammonium, suivant une durée comprise entre 20 et 60 minutes. La couche d'aluminium est ainsi lentement dissoute (25 à 30 min pour une épaisseur de 150 nm) grâce à l'interaction avec l'hydroxyde de tétraméthylammonium contenu dans le développeur, ce qui permet de libérer délicatement l'électrode supérieure.

On peut à titre d'exemple utiliser des développeurs de résines

photosensibles communément utilisés dans le domaine des nano et micro-technologies, tels que le MF319 ou le MF26 commercialisés par la compagnie SHIPLEY.

On pourra aussi utiliser d'autres solutions basiques de PH supérieur à 10,5 telles que de l'ammoniac. De manière également préférentielle, l'étape E4 d'impression de l'électrode supérieure 40 aboutit à la formation d'une électrode

supérieure constituée de N micro-ponts 4010 connectés en parallèle en leurs extrémités respectives par deux rubans 4011.

La forme en peigne de l'électrode supérieure 40 permet, d'une part, une meilleure pénétration et diffusion du développeur entre les électrodes et, d'autre part, de réduire les risques d'écroulement ou de rupture de l'électrode supérieure si celle-ci était de plus grande taille et pleine.

L'électrode supérieure 40 ainsi obtenue avec le TiN représente un édifice en trois dimension, et non pas planaire. Cet édifice, qui ne nécessite pas de piliers de soutènement est doté de concentrations de contraintes adaptées qui font qu'il ne s'écroule pas.

Par ailleurs, pour augmenter avantageusement la valeur de la capacité totale du résonateur supraconducteur, il est recommandé d'imprimer une pluralité d'électrodes inférieures et d'électrodes supérieures, agencées pour former une pluralité de capacités en parallèle (cf la Figure 2 avec deux capacités C et C' en parallèle).

Les résultats d'un tel résonateur sont développés aux pages suivantes.

Tel qu'illustré en Figure 3, le résonateur supraconducteur selon

l'invention comprend au moins un substrat 1 de haute résistivité sur lequel sont imprimés un méandre inductif 3, une première électrode dite inférieure 41 et une seconde électrode dite supérieure 40 agencée en regard de la première de manière à former ensembles une capacité 4 connectée en parallèle avec le méandre inductif 3.

Selon l'invention, la première électrode dite inférieure 41 et la seconde électrode dite supérieure 40 sont sensiblement parallèles et séparées par un espace vide selon une distance variant de quelques dizaines à quelques centaines de nanomètres.

Avantageusement, la première électrode dite inférieure 41 et la seconde électrode dite supérieure 40 sont sensiblement parallèles et séparées par un espace vide selon une distance inférieure à 400 nm,

préférentiellement inférieure à 150 nm.

Il est même possible d'obtenir une distance de comprise entre 40 et 70 nm .

Le substrat peut être un substrat de silicium à haute résistivité, ou bien choisi parmi les saphirs de 2 pouces de diamètre et de 330 pm

d'épaisseur, les quartz, les silices, les carbures de silicium .

Le méandre inductif 3 et l'électrode inférieure 41 sont préférentiellement des gravures de nitrures de titane TiN avec une épaisseur comprise entre 40 et 80 nm, préférentiellement de l'ordre de 60 nm .

Les moyens de couplage 2 constituent une ligne de lecture coplanaire gravée sur le substrat, de l'ordre de 50 Ohms. Ils sont préférentiellement en niobium avec une épaisseur comprise entre 80 et 150 nm, préférentiellement de l'ordre de 100 nm . La ligne de lecture coplanaire assure un couplage RF optimal avec le résonateur LC.

L'électrode supérieure 40 peut être une gravure en un matériau choisi dans la liste définie par (TiN, TaN, NbN) avec une bande Gap supérieure ou égale à 2 électron Volt avec une épaisseur comprise entre 350 et 550 nm .

L'électrode supérieure 40 obtenue préférentiellement avec le TiN permet d'obtenir un édifice en trois dimension, et non pas planaire.

Cet édifice, qui ne nécessite pas de piliers de soutènement est doté de concentrations de contraintes particulièrement adaptées qui font qu'il ne s'écroule pas.

Tel que représenté en Figure 4, l'électrode supérieure 40 est composée d'une plaque 401 et d'une connectique 400 au circuit LC.

De même, l'électrode inférieure 41 est composée d'une plaque 411 et d'une connectique 410 au circuit LC.

De manière préférentielle, la plaque 401 de l'électrode supérieure 40 est constituée de N micro-ponts 4010 connectés en parallèle en leurs extrémités respectives par deux rubans 4011, perpendiculaires reposant directement sur le substrat. Ces rubans servent aussi comme points d'appui des micro-ponts sur le substrat.

Les dimensions typiques des capacités réalisées sont indiquées dans le tableau 1. A titre d'exemple, il a été défini des nano-ponts variant entre 32 et 35 pm de longueur Ip et entre 9 et 18 pm de largeur Wp.

Afin de varier la valeur de la capacité, il suffit de varier le nombre des micro-ponts N . Elle peut être calculée par :

C=Sr x Seff/d = Sr x (NWp - (N-l)Gp)Wc / d

Avec :

C : capacité Sr : permittivité du vide

Seff : surface effective de la capacité

d : distance entre les électrodes

Wc : largeur de l'électrode inférieure

Wp : largeur d'un nano-pont

Gp : distance entre deux ponts.

Ainsi, en fonction du nombre des micro-ponts, la valeur de la capacité peut varier de quelques centaines de fF à plusieurs dizaines de pF pour un espace entre les électrodes de l'ordre de 150nm.

Selon un mode avantageux représenté en Figure 2, on a représenté deux capacités 4 en parallèles de valeur respective C et C'.

Selon ce principe, le résonateur comprend une pluralité d'électrodes inférieures et d'électrodes supérieures, agencées pour former une pluralité de capacités en parallèle, de sorte que ledit résonateur démontre une fréquence de résonance comprise entre 0,1 et 8 GHz ainsi qu'un facteur de qualité intrinsèque Qi supérieur à 700000.

Selon une application particulière dont les résultats sont illustrés en Figure 5, il est intéressant d'imprimer sur un même substrat 1 plusieurs résonateurs LC, de manière à obtenir un système doté de plusieurs fréquences de résonnance.

Ces systèmes peuvent par exemple intervenir dans la composition de caméras pour la détection de plusieurs composés distincts dans le domaine du millimétrique et du submillimétrique.

En résumé, le procédé selon l'invention permet ainsi de s'affranchir des diélectriques qui sont sources de bruit intrinsèque dans plusieurs composants supraconducteurs tels que les détecteurs et les

amplificateurs bas bruit.

Le procédé selon l'invention est en particulier dédié à la fabrication des résonateurs supraconducteurs de type LC dédiés à la détection du rayonnement électromagnétique millimétriques / submillimétriques jusqu'aux rayons X.

Tel que représenté en Figure 6, la capacité mise en œuvre dans l'invention permet de diminuer le bruit intrinsèque jusqu'à cinq fois, par rapport aux capacités inter-digitées connues de l'état de la technique.

Il est en effet admis que le bruit TLS provoque des fluctuations de la constante diélectrique et, par conséquent, de la valeur de la capacité. Cette variation de la capacité induit à son tour des variations aléatoires de la fréquence de résonance (fres= l/2n(LC) ^1/2 ) . Une des méthodes expérimentales pour quantifier ce bruit consiste à mesurer les fluctuations de la fréquence de résonance lorsqu'un signal RF de fréquence fsig excite le résonateur.

Les résultats préliminaires de la figure 6 montre qu'un résonateur avec une capacité à vide réalisée avec le procédé selon l'invention a permis de réduire le bruit fréquentiel d'un facteur 5 par rapport à un résonateur utilisant une capacité classique interdigitée (2.8 Hz ² /Hz au lieu de 14 Hz ² /Hz mesurée à fsi _g = 10 Hz).

A noter, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être associés les uns avec les autres, selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas

incompatibles ou exclusifs les uns des autres.