des technologies standard silicium aux technologies alternatives

Technologie intégrée silicium

Afin d'améliorer les performances des circuits et systèmes RF/millimétriques en technologies intégrées standard CMOS/BiCMOS, les composants passifs restent les éléments critiques à optimiser en termes de performances électriques mais également de dimensions. Dans ce contexte, les chercheurs de l'équipe travaillent depuis 2006 sur la conception et la modélisation de lignes de propagation coplanaires à ondes lentes à fort facteur de qualité (lignes S-CPW ou S-CPS) en technologies CMOS/BiCMOS, notamment en collaboration avec STMicroelectronics, dans le cadre des projets ENIAC MIRANDELA et CATRENE RF2THz, et plus récemment du projet ECSEL TARANTO. Des prestations de service et d’expertise ont également été réalisées récemment.

Un modèle analytique basé sur les phénomènes électriques mis en jeu a notamment été développé dans l'équipe pour ces lignes à ondes lentes, modèle qui permet d'optimiser de manière très rapide ces structures par rapport à une modélisation électromagnétique classique. L'objectif de ces travaux est alors de permettre aux concepteurs de circuits et systèmes d'utiliser ces lignes de propagation au même titre que d'autres types de lignes de propagation dont les modèles sont à présent bien connus (ligne microruban notamment). De nombreux circuits passifs à l'état de l'art (lignes couplées et coupleurs, filtres, diviseurs de puissance, baluns) ont pu être développés au-delà de 60 GHz par l'équipe en collaboration avec des industriels. Des circuits actifs tirant partie des lignes S-CPW ont également été développés en filière silicium (amplificateurs, SPDT, déphaseurs, VCO).
 

Technologies alternatives

En parallèle des circuits développés en filière silicium standard, l'expertise des chercheurs de l’équipe du RFIC-Lab sur les structures à ondes lentes a permis de développer différents travaux originaux en technologies alternatives.

L’agilité des circuits, par le biais de lignes S-CPW accordables, a notamment été développée dans le cadre d'une collaboration avec TU Darmstadt en Allemagne et l'Université de Sao Paulo au Brésil. Il avait alors été démontré en 2013 que ces lignes à ondes lentes en technologie CMOS/BiCMOS permettaient de réaliser, après une étape de gravure post-CMOS, un déphaseur millimétrique alliant ondes lentes et cristaux liquides, donnant des résultats à l’état de l’art en termes de figure de mérite. L’accordabilité des lignes à ondes lentes sur le principe des MEMS a également été brevetée en 2011 en collaboration avec TIMA. Depuis, des travaux avec le CEA-Léti et IHP ont été développés sur ces structures sur substrat silicium.

D'autres types de lignes de propagation intégrées dans des technologies non standards (du substrat PCB en radiofréquences, jusqu'aux interposeurs à base de membrane à nanofils en millimétrique) ont également été étudiés.
Dans le domaine RF, c'est la miniaturisation des circuits qui a été principalement visée en technologie PCB. L'effet d'onde lente et donc la miniaturisation des circuits a été montrée sur deux types de structures de propagation : les lignes microruban à ondes lentes d'une part, en collaboration avec l'Université Arabe de Beyrouth et l'université libanaise (dans le cadre de projets C-MIRA et PHC-CEDRE en 2014-2015) et les guides à ondes lentes intégrés dans le substrat d'autre part, développés en collaboration avec le LCIS à Valence et le CEA-Léti. Différents circuits miniatures (coupleurs, diviseurs de puissances, filtres, antennes, capteurs d'humidité) ont été développés notamment dans les bandes X et Ku en guides intégrés à ondes lentes.
Dans le domaine millimétrique, afin d'améliorer les performances des circuits passifs et réduire les coûts de fabrication inhérents aux circuits intégrés réalisés en technologies avancées, il apparait pertinent de déporter certaines fonctions (filtres, réseaux d'antennes...) à l’extérieur des puces CMOS/BiCMOS. Cela peut être envisagé en utilisant des substrats nommés interposeurs qui réalisent l’interface entre des circuits intégrés actifs (ou autres technologies) reportés sur le dessus, et un circuit imprimé (PCB) faisant office de « carte mère ». Nous travaillons donc depuis plusieurs années sur la fonctionnalisation de ces interposeurs dans diverses technologies (membranes nanoporeuse d'alumine, forêt de nanotubes de carbone, BCB) en proposant d’intégrer des circuits passifs hautes performances (lignes de propagation microruban, guides SIW, sans ou avec effet d'ondes lentes).
Mis à jour le 20 mai 2019