Dévelopement d'un process basé sur le GaN sur substrat silicium pour des applications en ondes millimétriques – SATELLITE

Les Transistors à Haute Mobilité Electronique (HEMTs) de la filière nitrure de gallium présentent une possibilité unique pour la conception et la fabrication de dispositifs de puissance hyperfréquence délivrant des performances remarquables à haute fréquence. En effet, la densité de puissance hyperfréquence délivrée est de plusieurs ordres de grandeurs plus élevée que celles obtenues pour des dispositifs des filières GaAs ou InP. Jusqu’à présent, la plupart des résultats à l’état de l’art publiés dans la littérature sont obtenus sur des dispositifs fabriqués à partir d’épitaxies sur substrat SiC. Récemment, un amplificateur de puissance sur puce avec 3 étages en source commune a délivré une puissance de sortie de 1.3W (31.13dBm) à 75 GHz avec une source hyperfréquence en continu. Ce résultat démontre la formidable supériorité de la technologie de dispositifs à base de GaN pour des applications de puissance à haute fréquence.
De plus, les possibilités des HEMTs AlGaN/GaN et InAlN/GaN sur substrat silicium ont été démontrées pour des applications en ondes millimétriques en termes de fréquences de coupure et de puissance hyperfréquence. Dans ce contexte, le but de ce projet consiste à obtenir une densité de puissance hyperfréquence élevée en onde millimétrique et de fabriquer un MMIC (Circuit Intégré Monolithique Millimétrique) délivrant une puissance de 4 W à 40 GHz. Dans ce projet, on analyse et optimise les différentes briques nécessaires pour le développement et l’industrialisation future de MMIC faible cout fonctionnant dans la bande 40.5-43.5 GHz et fournissant une puissance élevée et une bonne linéarité.
L’IEMN est leader de ce projet en collaboration avec un autre laboratoire académique : le CRHEA pour la croissance matériau et trois partenaires industriels : OMMIC, VECTRAWAVE et BLUWAN qui ont un savoir faire complémentaire. Le projet est basé sur la technologie développée sur substrat silicium pour les applications faible coût où les deux types d’épitaxies AlGaN/GaN et InAlN/GaN vont être investiguées à partir de la croissance par MOCVD. Jusqu’à présent, ce thème de recherche sur substrat silicium n’a jamais été étudié par ailleurs et dans le domaine compétitif du nitrure de gallium, il n’y a pas de produit commercialisé. En conséquence, ce projet est clairement innovant et ambitieux. Dans le but d’avoir le maximum de chance de succès, l’étude est basée sur une chaine complète allant de la croissance matériau jusqu’au démonstrateur en associant les différentes activités nécessaires telles que la caractérisation physique, la simulation physique des propriétés de transport dans les matériaux et les hétérostructures, la caractérisation électrique et hyperfréquence, le développement du process de HEMTs AlGaN/GaN et InAlN/GaN, la simulation physique de HEMTs, l’évaluation des performances et la caractérisation des transistors, les tests de fiabilité sur le transistor, l’extraction de modèles non-linéaires de composants, la conception et la fabrication de circuits. La durée du projet est de 42 mois.