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L'irrésistible montée en fréquence

R. L.
Le développement de circuits intégrés en silicium fonctionnant à plus de 100 GHz ouvre de nouvelles perspectives aux applications de communication sans fil, d'imagerie et de détection.

L'INNOVATION

Des émetteurs-récepteurs intégrés sur une puce et fonctionnant à plus de 100 GHz : telle est la finalité des recherches sur les circuits térahertz. Pour cela, il faut disposer de fonctions de base, comme le transistor, tournant à 300, voire 500 GHz. Car pour éviter le bruit, il faut un rapport de trois à cinq en fréquence entre les éléments de base et le circuit intégré. L'autre objectif est de réduire les coûts en utilisant le silicium et les procédés banalisés dans la fabrication des puces électroniques.

LES AVANTAGES

- Les solutions térahertz, disponibles aujourd'hui dans des applications pointues comme les communications satellitaires ou la détection d'objets illicites dans les aéroports, sont réalisées par assemblage de composants discrets. Elles sont d'autant plus coûteuses qu'elles font appel à des semiconducteurs III-V comme l'arséniure de gallium. Leur intégration sur une puce en silicium est de nature à réduire considérablement la taille et les coûts, les ouvrant ainsi à des applications grand public.

- Les communications sans fil , qui remplacent le câble HDMI pour la transmission de vidéo à haute définition (par exemple du décodeur vers l'écran plat), fonctionnent aujourd'hui à 60 GHz. Avec les circuits térahertz, on pourrait monter à 120 GHz pour doper le débit et suivre l'augmentation de la définition d'image.

- Les radars anticollisions automobiles actuels utilisent la bande de 77 GHz. La montée à 150 ou 170 GHz augmenterait la portée et ouvrirait des applications de régulation automatique du trafic.

- Dans la détection de sécurité (contrôle aux aéroports par exemple) ou l'imagerie médicale, l'utilisation des circuits térahertz offrirait des avantages en santé, car ils se caractérisent par des ondes qui pénètrent moins dans l'organisme que les rayons X utilisés aujourd'hui.

LES DÉFIS À RELEVER

- La faisabilité de transistors fonctionnant à 500 GHz est démontrée en labo. Il reste à réaliser le travail d'intégration d'un circuit mixte selon les procédés courants dans la microélectronique. Il faut aussi développer un environnement de conception (bibliothèque de conception, modèles de transistors, kit de développement...) adapté. Enfin, il faut franchir la phase de l'industrialisation.

LES PIONNIERS

- En Europe, STMicroelectronics, Infineon Technologies et IHP semblent à la pointe. L'allemand IHP, en coopération avec l'université outre-rhin de Wuppertal, a fait la démonstration d'un jeu de circuits d'imagerie fonctionnant à 820 GHz. Le CEA-Leti a réalisé un circuit tournant jusqu'à 1 THz pour des applications d'imagerie médicale en remplacement des rayons X.

- Ailleurs, IBM aux États-Unis, Power Jazz en Israël ou Fujitsu au Japon figurent parmi les plus actifs sur le sujet.

COMMERCIALISATION

2013-2015

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