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Le silicium gagne les puces radiofréquences

Ridha Loukil

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Les industriels travaillent à étendre ce semi-conducteur courant aux circuits intégrés radio. À la clé, une réduction de l'encombrement et des coûts.

Les circuits intégrés radiofréquences, actuellement en arséniure de gallium, seront-ils bientôt réalisés en silicium, le semi-conducteur le plus couramment utilisé et le moins onéreux ? Les fabricants de puces électroniques comme les intégrateurs de fonctions radio l'attendent depuis longtemps. Ce vieux rêve va peut-être enfin se réaliser. Depuis moins d'un an, les annonces s'enchaînent chez Toshiba, NEC, Fujitsu Laboratories, Intel ou l'Imec, le centre de recherche microélectronique belge. Des produits sont déjà commercialisés par l'allemand Infineon Technologies ou l'américain Axiom Microdevices. La vague est donc bien lancée et risque de submerger rapidement l'industrie des puces de radiocommunications.

Alors pourquoi le silicium suscite-t-il tant d'engouement ? Parce qu'il constitue aujourd'hui le semi-conducteur le plus répandu et le mieux maîtrisé. À la base de la grande majorité des puces électroniques, il se trouve en particulier dans tous les microprocesseurs, microcontrôleurs, DSP et circuits logiques programmables ainsi que dans toutes les mémoires Flash ou vives.

A contrario, les circuits radiofréquences comme les transmetteurs, les commutateurs ou les amplificateurs de puissance font appel en général à des semi-conducteurs composés, comme l'arséniure de gallium. Ce choix s'impose au-delà d'une certaine fréquence pour des questions de gain de puissance. Or ces semi-conducteurs exotiques sont plus complexes et plus chers à élaborer.

Pour la transmission sans fil de vidéo HD

Le passage au silicium efface ce handicap tout en ouvrant aux circuits radiofréquences des procédés de fabrication plus productifs. En effet, alors que les puces en silicium sont aujourd'hui produites sur des tranches atteignant 300 mm de diamètre, les circuits en arséniure de gallium sont encore réalisés sur des tranches ne dépassant pas les 200 mm.

L'avantage n'est pas qu'économique. Il est également technique. Il devient possible de réaliser les circuits intégrés radiofréquences en technologie de fabrication Cmos, la même que celle appliquée depuis plus de vingt ans à la fabrication des puces courantes comme les microprocesseurs ou les mémoires. Du coup, plus rien ne s'oppose à l'intégration sur la puce radio de fonctions d'intelligence et de traitement, aujourd'hui implémentées sur des composants séparés. De quoi réduire à la fois l'encombrement et encore les coûts.

Depuis longtemps, le silicium progresse dans le monde radio en montant petit à petit en fréquences. Aujourd'hui, il lorgne sur des fréquences d'ondes millimétriques, une extension jamais envisagée auparavant. C'est Toshiba qui a ouvert le bal en dévoilant, l'été dernier, un transmetteur fonctionnant à 60 GHz. Fujitsu Laboratories lui a emboîté le pas cette année avec un amplificateur de puissance à 77 GHz puis par NEC avec un composant similaire à 60 GHz. L'Imec entre en course avec un récepteur radio à cette même fréquence.

Tous ces prototypes sont réalisés en technologie Cmos avec une finesse de gravure de 90 nm. Ils s'inscrivent tous dans le développement de la technologie radio Wireless HD destinée à la transmission sans fil de vidéo à haute définition sans compression depuis une source, un lecteur Blu-ray par exemple, vers l'écran plat suspendu au mur. En cours de standardisation au sein du groupe IEEE 802.15.3c, cette technologie a été présentée par Sharp, Hitachi et Panasonic sur des prototypes de téléviseurs à écran ultraplat. Les premiers produits seront attendus sur le marché 2009 ou 2010.

TOUT LE SYSTÈME RADIO SUR UNE PUCE

- Présenté lors du dernier Ceatec, le salon de l'électronique au Japon, en octobre dernier, le transmetteur radio à 60 GHz en silicium de Toshiba est celui qui va le plus loin dans l'intégration. Dans une puce de 1,25 x 2,52 mm, il réunit l'antenne, l'amplificateur de puissance et le convertisseur analogique-numérique. Amélioration du premier prototype présenté en juin 2007, il remplace au moins trois composants par rapport à la solution traditionnelle basée sur une radio en arséniure de gallium. Il est réalisé en technologie Cmos avec une gravure de 90 nm.

EN BREF

L'objectif - Remplacer l'arséniure de gallium par le silicium dans les circuits radio fonctionnant jusqu'à 60 GHz Les gains - Fabrication moins chère sur des tranches plus grandes - Intégration sur la puce de fonctions d'intelligence aujourd'hui implémentées sur des composants séparés

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