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Le transistor à l'assaut des térahertz

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Le développement de transistors en silicium fonctionnant à des fréquences de 0,5 THz ouvre de nouvelles perspectives dans les applications de communication sans fil, d'imagerie et de détection.

Le transistor en silicium, dont le procédé de fabrication est banalisé dans les microprocesseurs, les mémoires flash ou les DSP, met le cap sur les térahertz. Un domaine de fréquences réservé aujourd'hui à des semi-conducteurs III-V (comme l'arséniure de gallium), plus rares, plus onéreux et plus difficiles à élaborer. Ce développement est l'objet du projet européen de Dotfive.

À l'occasion de la ISSCC (International Solid-State Circuits Conference), la conférence scientifique de référence dans les semi-conducteurs qui s'est tenue en février dernier à San Francisco, aux États-Unis, les chercheurs des universités de Siegen et Wuppertal, parties prenantes au projet, ont présenté deux résultats : un émetteur-récepteur radio à onde millimétrique fonctionnant à 160 GHz et un détecteur d'imagerie travaillant à 650 GHz. Les deux circuits sont réalisés en silicium-germanium.

Fonctionner dans le domaine des ondes millimétriques

Lancé en janvier 2008 avec un budget de 14,7 millions d'euros sur trois ans, Dotfive réunit quinze partenaires dont STMicroelectronics (le coordinateur), Infineon et l'institut de recherche belge en microélectronique Imec. Objectif : développer un transistor bipolaire à hétérojonction en silicium-germanium fonctionnant jusqu'à 650 GHz de façon à pouvoir construire des circuits intégrés complets dans le domaine des ondes millimétriques jusqu'à 160 GHz. « Il existe en effet un rapport de 3 à 4 entre la fréquence du transistor et celle du circuit intégré complet, explique Gilles Thomas, coordinateur du projet chez STMicroelectronics à Crolles, près de Grenoble. Les ondes millimétriques présentent des propriétés particulières. Par exemple, elles ne traversent pas les murs, ce qui en fait une solution intéressante de communication sans fil à l'intérieur d'une pièce, de détection d'obstacle à distance ou d'imagerie. »

Aujourd'hui, les transistors en silicium-germanium se limitent en production à des fréquences de l'ordre de 350 GHz, de façon à disposer de circuits intégrés à 60 GHz et 77 GHz pour, par exemple, les applications de transmission sans fil de vidéo à haute définition et de radar anticollision automobile. « Nous voulons monter jusqu'à 160 GHz afin d'améliorer les performances et réduire les coûts », précise Gilles Thomas.

Aujourd'hui, les circuits à ondes millimétriques se cantonnent à des applications pointues dans le militaire, la communication avec les satellites, les radars ou encore les systèmes d'imagerie de sécurité comme le scanner corporel. En s'appuyant sur le silicium et en montant en fréquence, l'enjeu de Dotfive est d'ouvrir le marché à des applications grand public comme la transmission sans fil de vidéo dans le salon ou la détection d'obstacles dans l'automobile.

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