Cette invention s'inscrit dans le domaine des composants électriques et électroniques supraconducteurs pour les secteurs des télécommunications et de l'énergie électrique.

La réalisation de composants inductifs supraconducteurs en couches minces est généralement effectuée par dépôt d'un film supraconducteur, généralement par des méthodes de vide telles que la pulvérisation cathodique ou l'ablation laser pulsée, puis la définition par photo lithogravure de une ou plusieurs spires. Dans cette technique la dimension du dispositif croit avec la valeur de son inductance.

Un exemple pratique de réalisation consiste en une bobine comportant 5 spires dont le diamètre extérieur est de 15mm, avec des pistes de 0,4mm de largeur espacées de 0,3mm présentant une inductance de 2, 12uH, qui est décrite dans le mémoire de thèse soutenu par Jean-Christophe Ginefri le 16 décembre 1999 à l'Université de Paris XI et intitulé « Antenne de surface supraconductrice miniature pour l'imagerie RMN à 1,5 Tesla ».

La technique décrite ci-dessus présente deux inconvénients principaux :

- la surface occupée par chaque composant inductif est importante. Par exemple, le composant décrit au paragraphe précédent occupe une surface de plus de 700mm2 : - si le composant est intégré dans un circuit, il est souvent nécessaire de raccorder l'extrémité de la spire intérieure à une ligne supraconductrice. Ceci implique un processus complexe comportant après le dépôt et la gravure des spires : a) le dépôt et la gravure d'un film isolant, b) le dépôt et la gravure sur cet isolant d'un deuxième film supraconducteur présentant des propriétés similaires à celles du premier film. Cette dernière étape est particulièrement délicate car il est nécessaire de réaliser une reprise d'épitaxie, technique qui est difficilement maîtrisable. Il existe d'autres procédés permettant de déposer une bobine en couches minces, mais ils présentent des difficultés de réalisation identiques à celles décrites ici.

Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de réalisation plus simple et moins coûteux que les procédés actuels.

Cet objectif est atteint avec un procédé de réalisation d'un composant inductif supraconducteur sous la forme de un ou plusieurs segments de ligne d'une surface de l'ordre de quelques centaines de microns carrés constitués d'un empilement de films alternativement supraconducteurs et isolants.

Au moins un de ces segments de ligne intègre alors au moins une partie constituant une des bornes du composant.

Ce procédé permet en particulier de réaliser un composant inductif supraconducteur présentant au moins deux bornes, ce composant comprenant au moins un segment de ligne intégrant au moins une borne du composant, ce

segment de ligne constituant une couche conductrice ou supraconductrice au sein d'au moins un empilement de films alternativement supraconducteurs et isolants.

On peut ainsi accéder à des processus de fabrication automatisables et collectifs mettant en oeuvre des techniques connues et largement répandues de dépôt de couches minces et de gravure, ce qui contribue à une réduction sensible des coûts de fabrication.

Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, chaque film constituant l'empilement est parfaitement cristallisé. Le dispositif est dimensionné de façon à ce que dans les conditions de travail il se trouve dans l'état Meissner, c'est à dire l'état dans lequel il ne présente pas de dissipation mesurable en courant continu.

Le dispositif proposé peut tre réalisé à partir de tout couple de matériaux permettant de réaliser un empilement de films alternativement supraconducteurs et isolants en dessous d'une température appelée température critique. Plusieurs processus peuvent tre envisagés pour la fabrication de circuits supraconducteurs intégrant l'invention.

Un premier processus de fabrication comprend les étapes suivantes : 1) dépôt d'un film supraconducteur 2) dépôt de l'empilement de films alternativement supraconducteurs et isolants 3) gravure de l'ensemble des films déposés, par exemple sous la forme d'une gravure simultanée de l'empilement et du film supraconducteur, 4) gravure sélective de l'empilement, réalisée de façon à ne laisser subsister celui-ci qu'aux

emplacements où l'on souhaite implanter un composant inductif.

Un second processus de fabrication peut aussi tre mis en oeuvre avec les étapes suivantes : 1) dépôt d'un film supraconducteur 2) dépôt de l'empilement de films alternativement supraconducteurs et isolants 3) gravure sélective de l'empilement, réalisée de façon à ne laisser subsister celui-ci qu'aux emplacements où l'on souhaite implanter un composant inductif.

4) gravure du reste du circuit Un troisième processus possible comprend les étapes suivants : 1) dépôt d'un film supraconducteur 2) gravure du film supraconducteur 3) dépôt de l'empilement de films alternativement supraconducteurs et isolants 4) gravure sélective de l'empilement, réalisée de façon à ne laisser subsister celui-ci qu'aux emplacements où l'on souhaite implanter un composant inductif.

Un quatrième processus possible comprend les étapes suivantes : 1) dépôt de l'empilement de films alternativement supraconducteurs et isolants 2) gravure sélective de l'empilement, réalisée de façon à ne laisser subsister celui-ci qu'aux emplacements où l'on souhaite implanter un composant inductif.

3) raccordement des composants inductifs ainsi réalisés au reste du circuit par des connections supraconductrices ou non.

Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un système pour réaliser un composant inductif supraconducteur sous la forme d'un ou plusieurs segments de ligne constitués d'un empilement de films alternativement supraconducteurs et isolants, mettant en oeuvre le procédé selon l'invention.

Dans une forme particulière de l'invention, ce système de réalisation comprend : - des moyens pour déposer un film supraconducteur sur un substrat, - des moyens pour déposer sur le film supraconducteur un empilement de films alternativement supraconducteurs et isolants, et - des moyens pour graver l'ensemble des films déposés, ces moyens étant agencés de façon à ne laisser subsister celui-ci qu'aux emplacements où l'on souhaite implanter un composant inductif.

Suivant encore un autre aspect de l'invention, il est proposé un dispositif d'antenne comprenant un circuit électronique incluant un composant inductif supraconducteur réalisé par le procédé selon l'invention.

Toujours dans le cadre de la présente invention, il est proposé un dispositif de ligne à retard comportant un composant inductif en série et un composant capacitif en parallèle en aval dudit composant inductif, caractérisé en ce que le composant inductif est un composant inductif supraconducteur réalisé par le procédé selon l'invention.

Des lignes à retard selon l'invention peuvent tre mises en oeuvre dans un dispositif radar à décalage de phase comportant une pluralité d'antennes comprenant chacune un circuit électronique incluant une ligne à retard selon l'invention, cette ligne à retard étant agencée de sorte que chacune desdites antennes émet un

signal dont la phase est décalée par rapport à celle des antennes voisines.

Egalement dans le cadre de la présente invention, il est proposé un dispositif de filtrage électronique de fréquence comprenant un circuit électronique incluant un composant inductif supraconducteur réalisé par le procédé selon l'invention.

Il peut s'agir par exemple d'un filtre passe-haut comportant en parallèle un composant inductif et en série un composant capacitif en aval dudit composant inductif, où ce composant inductif est un composant inductif supraconducteur réalisé par le procédé selon l'invention.

Il peut également s'agir d'un filtre passe-bas comportant en parallèle un composant capacitif et en série un composant inductif en aval dudit composant capacitif, où ce composant inductif est un composant inductif supraconducteur réalisé par le procédé selon l'invention.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de mise en oeuvre nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est un schéma d'un empilement E de couches Ci et C2 déposées sur un substrat ; - la figure 2A est une vue de dessus d'une ligne supraconductrice LS comportant un composant inductif constitué de films alternativement supraconducteurs Cl et isolants C2 ; - la figure 2B est une vue en coupe d'une ligne supraconductrice LS comportant un composant inductif E constitué de films alternativement supraconducteurs Cl et isolants C2 ; - la figure 3A est une photographie du motif utilisé pour les tests montrant l'emplacement des entrées de

courant I1 et 12, les plots de mesure Vl et V2 de la différence de potentiel aux bornes du pont ainsi que l'emplacement de celui-ci ; - la figure 3B représente le masque de photolithogravure utilisé pour réaliser le motif de test de la figure3A ; - la figure 4 est un schéma du dispositif de mesure utilisé pour caractériser un composant inductif supraconducteur selon l'invention ; - la figure 5 illustre une différence de potentiel mesurée entre les plots V1 et V2 (traits pleins) lorsque un courant en dents de scie à la fréquence de 1000Hz (pointillés) circule dans l'échantillon ; - la figure 6 représente une comparaison des différences de potentiel mesurées entre les plots V1 et V2 lorsque deux courants en dents de scie de mme amplitude Imax =10 microampères mais de fréquences différentes circulent dans l'échantillon ; - la figure 7 illustre une ligne de retard implémentant un composant inductif supraconducteur selon l'invention ; et - la figure 8 est un schéma de principe d'une antenne à décalage de phase ; - la figure 9 est un schéma de principe d'un filtre passe-haut ; - la figure 10 est un schéma de principe d'un filtre passe-bas.

Le principe mis en oeuvre dans le procédé de réalisation selon l'invention réside en un empilement E de films minces alternativement supraconducteurs Cl et isolants C2 déposés sur un substrat S, en référence à la figure 1, ou bien sur une ligne supraconductrice LS. Il est déterminant que les films C2 soient rigoureusement

isolants et que des défauts de croissance ne mettent pas deux films supraconducteurs voisins en contact.

Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le premier film déposé pour réaliser l'empilement E est isolant comme indiqué sur la figure 1.

L'intégration de composants inductifs dans un circuit supraconducteur peut tre effectuée de la façon indiquée sur les figures 2A et 2B en utilisant les techniques de dépôt de films minces bien connues de l'homme de l'art, par exemple l'ablation laser, la pulvérisation cathodique radio-fréquence, l'évaporation sous vide, le dépôt chimique en phase vapeur et de manière générale toute technique de dépôt permettant l'obtention de couches minces.

Il est à noter que dans cette version particulière du procédé selon l'invention correspondant aux figures 2A et 2B, un film supraconducteur L1 déposé sur un substrat S, une fois gravé, constitue une ligne supraconductrice LS sur laquelle sera placé l'empilement inductif E.

Dans un exemple particulier de réalisation selon l'invention fourni à titre non limitatif, les matériaux choisis sont les composés YBa2Cu307s pour les films supraconducteurs et LaAl03 pour les films isolants. Les épaisseurs sont de lOnm (10-8m) pour les films supraconducteurs et de 4nm (4. 10-9m) pour les films isolants. 14 paires de films ont été déposées.

Après dépôt, les films ont été gravés de façon à obtenir le motif représenté sur la figure 3A dans laquelle on distingue les contacts métallisés I1, I2 qui permettent d'amener le courant dans l'échantillon et ceux qui permettent de mesurer les tensions V1 et V2 aux bornes de l'élément central, appelé pont, du motif. A titre

indicatif et non limitatif, la taille du pont est de 10, um x 20um.

Le dispositif de mesure utilisé pour caractériser les échantillons de composants inductifs supraconducteurs selon l'invention, représenté en figure 4, comporte un générateur GBF créant un courant variable dans le temps I (t) qui traverse la résistance R et l'échantillon Ech via les contacts I1 et I2. La différence de potentiel aux bornes de la résistance R est amplifiée par un amplificateur différentiel AI et envoyée sur une entrée YI de l'oscilloscope Osc. Elle permet de connaître l'intensité I (t) du courant traversant l'échantillon. La différence de potentiel aux bornes de l'échantillon est prélevée en V1 et V2, amplifiée par l'amplificateur Av et envoyée sur l'entrée Yv de l'oscilloscope Osc.

La figure 5 montre les signaux recueillis en YI et Yv lorsque l'échantillon est à une température de 37K. Dans le cas présent, l'échantillon était placé dans un cryostat à hélium liquide, mais tout procédé permettant d'obtenir une température inférieure à la température critique de l'échantillon étudié convient.

Le générateur délivre un courant en dents de scie à la fréquence de 1000Hz. On a directement reporté la valeur du courant I (t). On observe que la différence de potentiel V (t) entre V1 et V2 présente la forme de créneaux, ce qui indique que V (t) est proportionnelle à la dérivée par rapport au temps de I (t). Cette caractéristique indique que l'échantillon se comporte bien comme un composant inductif. On a reporté sur la figure 6 les signaux V (t) mesurés à 700 Hz et 2kHz pour une valeur du courant crte égale à 10 uA dans les deux cas. Dans cette figure, le trait plein correspond à la tension relevée pour un

courant à la fréquence F=700Hz et le trait pointillé à celle relevée pour un courant à la fréquence F=2000Hz.

On observe que le rapport de l'amplitude des signaux obtenus est dans le rapport des fréquences appliquées, ce qui là aussi est typique d'un composant inductif.

Des résultats présentés sur la figure 6, on déduit que l'inductance du composant réalisé selon l'invention est égale à 535 uH lOpH. Les composants testés n'ont pas tous présenté une inductance aussi élevée mais des valeurs de l'ordre de quelques dizaines de uH ont été couramment obtenues avec des composants de forme identique à celui présenté ici.

Les composants inductifs supraconducteurs obtenus par le procédé selon l'invention peuvent trouver des applications dans les domaines de l'électronique ou de l'électrotechnique, des antennes et des composants passifs à haute fréquence, en particulier pour l'imagerie médicale, ou les radars et l'électronique de défense.

Dans un premier exemple d'application, des composants inductifs supraconducteurs sont implémentés dans des systèmes d'antennes. Ainsi, dans un certain nombre de cas, par exemple en imagerie médicale par résonance magnétique (IRM) de surface, on utilise des antennes accordées. Un paramètre important intervenant dans l'efficacité de l'antenne est le coefficient de surtension qui est proportionnel à son inductance. Une antenne supraconductrice permet de faire croître ce coefficient car sa résistance ohmique est très faible. On peut penser obtenir un nouvel accroissement du coefficient de surtension en incluant dans le circuit d'antenne un dispositif du type de ceux décrits ici

Un cas particulièrement favorable sera celui ou l'antenne elle-mme est réalisée à partir d'un film mince supraconducteur.

Dans un autre exemple d'application, des composants inductifs supraconducteurs sont mis en oeuvre dans des lignes à retard. Les lignes à retard sont d'usage courant dans tous les domaines de l'électronique. La forme la plus simple que peut prendre une ligne à retard est représentée sur la figure 7.

La présence dans le circuit de l'inductance L et du condensateur C provoque une différence de phase entre la tension V et le courant I. Un exemple d'utilisation est celui des radars à décalage de phase qui permettent d'explorer l'espace environnant avec un système d'antennes fixes. Un schéma de principe pour un tel système est reporté sur la figure 8. Dans ce dispositif la ligne principale portant le courant I est couplé aux différentes antennes. Chacune de celles-ci comporte dans son circuit une ligne à retard. Il en résulte que chaque antenne émet un signal dont la phase est décalée par rapport à celle des antennes voisines. En faisant varier ce décalage de phase on change la direction du rayonnement émis. En électronique de défense, on étudie depuis longtemps l'introduction de composants supraconducteurs dans les circuits électroniques, en particulier pour les radars et plus généralement les contre-mesures. La présence de composants à forte inductance, de petites dimensions et dont la fabrication utilise des processus similaires à ceux employés pour le reste du circuit serait une innovation importante dans ce domaine.

De tels composants inductifs performants et facilement intégrables peuvent également tre utilisés de façon générique dans la plupart des applications générales

de l'électronique, en particulier pour réaliser des fonctions de filtrage de tous types, par exemple passe- haut, passe-bas ou passe-bande. Il est alors possible de réaliser des filtres très intégrés et/ou miniaturisés.

L'utilisation d'un composant selon l'invention permet en effet d'intégrer une inductance de valeur importante dans un circuit de faible encombrement Ainsi qu'illustré en figures 9 et 10 pour des filtres passe-haut et passe-bas, il est alors possible de filtrer une tension d'entrée Vin pour obtenir une tension de sortie Vout, en utilisant une inductance L. Ainsi qu'illustré dans cet exemple, l'utilisation de composants inductifs selon l'invention permet de réaliser dans des circuits intégrés des filtres ne comportant que des condensateurs et des inductances, qui sont peu dissipatifs par rapport à des filtres construits avec des condensateurs et des résistances.

Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'tre décrits et de nombreux aménagements peuvent tre apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, le nombre de films respectivement isolants et supraconducteurs n'est pas limités aux exemples décrits. Par ailleurs, les dimensions des composants inductifs supraconducteurs ainsi que leurs surfaces peuvent évoluer en fonction des applications spécifiques de ces composants. De plus, les films respectivement supraconducteurs et isolants peuvent tre réalisés à partir d'autres composés que ceux proposés dans l'exemple décrit, pourvu que ces composés satisfassent aux conditions physiques requises pour les applications.