CiRcuits pour systèmes de cOmmuniCation robUStes en gamme millimétrique à base de GaN sur substrat Silicium – CROCUS

Les composants à base de Nitrure de Gallium (GaN) constitueront la prochaine génération de transistor de puissance en gamme millimétrique. Un certain nombre de groupes (HRL, Triquint, UCSB, Fujitsu) ont démontré la possibilité d’obtenir avec ce matériau une combinaison unique de puissance et de rendement ainsi qu’une bande passante plus élevée et une stabilité à haute température supérieure à celles des technologies à base de GaAs ou de Silicium. Dans ce cadre, une nouvelle hétérostructure à base d’AlN/GaN de haute qualité a été développée et permet d’accroître la densité de porteurs d’un facteur 2 ou 3 par rapport aux structures HEMT classiques AlGaN/GaN tout en offrant des rapports d’aspects (longueur de grille/distance grille-canal) très favorable à la montée en fréquence du fait de la possibilité de bénéficier d’épaisseur de barrière ultra-mince (<10 nm) avec cette nouvelle structure.
Des premiers résultats à l’état de l’art international obtenus à l’IEMN sur la filière AlN/GaN/AlGaN-sur-Si (double hétérostructure), développée en collaboration avec la compagnie EpiGaN, ont démontré
* des performances fréquentielles de l’ordre de 200 GHz combinées à une tenue en tension de plus de 100 V permettant de générer une puissance de sortie très élevée en bande Ka (?2.5 W/mm@ 40 GHz).
* de très faibles courants de fuite, un gain élevé ainsi que des effets de pièges réduits, ce qui a permis d’obtenir le plus faible niveau de bruit jamais observé dans un transistor GaN en bande Ka (NFmin?1.2 dB @ 40 GHz).
De plus, une étude préliminaire de fiabilité effectuée sur ces composants en collaboration avec l’université de Padova a montré des résultats très encourageants en termes de stabilité et de robustesse avec plusieurs heures de mesure sur une technologie de 100 nm de longueur de grille (AlN/GaN-sur-Si). Ces premiers résultats de fiabilité montrent que ces composants sont suffisamment reproductibles pour envisager le développement de circuits complexes avec cette filière.
Le projet CROCUS a pour objectif la conception, la réalisation et le test de circuits robustes en gamme millimétrique à base de GaN sur substrat Silicium délivrant des performances en rupture avec les filières actuelles et répondant aux spécifications de systèmes de communications pour des applications militaires et civiles. Cette étude permettra :
*d’ouvrir la voie à la conception de circuits MMIC GaN ultra-robustes de faible coût et délivrant des performances au delà de l’état de l’art pour des systèmes d’émission/réception fonctionnant jusqu’en gamme millimétrique.
* de démontrer que l’Europe peut posséder une source de composant GaN sur Si (source d’épitaxie EpiGaN) fiable et possédant des performances en rupture avec les technologies actuelles.
Pour cela, nous proposons dans le cadre de ce projet CROCUS la conception, la réalisation en intégration hybride et le test de fonctions clé tels que l’amplification de puissance(HPA), l’amplification faible bruit (LNA) et le mélange à base de transistors de la filière AlN/GaN à double hétérostructure sur substrat Si. Ces circuits devront répondre au cahier des charges de systèmes de communication développés par Thales communication en gamme millimétrique ainsi qu’à celui développé par la société BLUWAN.
L’IEMN, XLIM, Thalès Com et BLUWAN souhaitent unir leurs compétences pour atteindre les objectifs ambitieux du projet CROCUS qui devrait aboutir à une réelle rupture technologique au niveau des fonctions envisagées en terme de puissances, rendement, linéarité, faible bruit et de robustesse en environnement difficile. Bien que Thales Com ne soit pas partenaire officiel du projet, la société est très intéressée par le suivi du projet et par la fourniture à CROCUS de spécifications concernant leurs applications militaires et est prête à soutenir le développement industriel de cette nouvelle filière. (cf lettre de soutien)