Dispositifs électroniques RF reconfigurables Ultra rapides – MUFRED

Les nouvelles générations de systèmes de communication pour des applications duales (civiles ou militaires), qu’elles soient hertziennes, aéronautiques ou spatiales, nécessiteront une auto-reconfigurabilité ultra-rapide en temps réel pour optimiser leurs performances et ainsi répondre aux besoins croissants en mobilité, débit, qualité de service et sécurité.
Le projet MUFRED propose de démontrer la capacité des matériaux à Transition Métal-Isolant (MIT) tel que VO2 pour la fabrication de nouveaux dispositifs micro-ondes ultra-rapides en tirant profit de l'activation optique de la transition. Pour cela, MUFRED vise, outre une maitrise parfaite des caractéristiques du matériau, à évaluer les performances de ces nouveaux dispositifs à commande optique ultra-rapide.
Les principaux objectifs de MUFRED sont :
1/ mieux comprendre les propriétés physiques caractéristiques des états semi-conducteur, intermédiaire et métallique (conductivité électronique et mobilité) des couches minces et le rôle de leur microstructure sur les propriétés de la transition (dynamique, largeur, température).
2/ intégrer ce matériau dans de nouvelles ou d’existantes technologies coplanaires pour développer des dispositifs de commutation activée électriquement ou optiquement,
3/ obtenir un contrôle total de la transition électronique par absorption photonique afin d'obtenir des temps de commutation ultra-courts (0,1-100ns) et étudier les principaux mécanismes de relaxation par spectroscopie pompe-sonde THz,
4/ exploiter les propriétés uniques de VO2 pour la mise au point de dispositifs ultra-rapides hyperfréquences reconfigurables (filtres, réseaux d'antennes), et pour l’exploration de concepts avancés relatifs à des dispositifs micro-ondes commandables (réseaux réflecteurs à commande optique).
Trois dispositifs de complexité croissante, sélectionnés pour démontrer les applications potentielles de VO2 seront développés. Le premier dispositif est un commutateur coplanaire RF présentant de faibles pertes d'insertion (<0,2 dB), une isolation importante (<-30dB) et des temps de commutation (TC) inférieurs à 100ns. L’activation optique sera étudiée, en se basant sur l’interaction électron/ phonon à 6 THz ou/et sur l’absorption optique dans le cas de matériaux dopés.
Les commutateurs seront utilisés en tant que briques de base pour la réalisation de filtres ainsi que dans une antenne réseau à balayage électronique. Enfin, l’expertise acquise en termes de matériau, propriétés et composants sera exploitée pour la réalisation d’une antenne plus complexe de type réseau réflecteur reconfigurable par une commande optique ultra-rapide.
Six partenaires (5 académiques, 1 industriel) sont impliqués dans le projet, organisé en 7 tâches, de la réalisation des films à la fabrication des composants reconfigurables. Le contrôle de la croissance 2D des couches minces de VO2 sera mené, par PLD et MOCVD, sur des substrats monocristallins de TiO2 et Al2O3. L’élaboration de sous-couches et/ou de dopage sera réalisée pour optimiser les propriétés des couches en particulier sur Si (WP2). Des caractérisations poussées des échantillons dans les états isolant et métallique et au cours de la transition seront menées pour comprendre les mécanismes physiques de la transition. Ainsi, la caractérisation mettra l'accent sur l'influence des contraintes sur la transition optiquement induite (WP3). Des méthodes spectroscopiques pompe-sonde seront utilisées pour apporter des éléments de compréhension de l'activation optique (WP4). Après une phase d’optimisation des étapes de fabrication spécifiques, des premiers commutateurs RF ultra-rapides commandés électriquement et optiquement seront fabriqués et caractérisés (WP5). Ces composants de base constitueront des briques de base pour la réalisation de dispositifs hyperfréquences ultra-rapides reconfigurables et multi-éléments (filtres, antennes) contrôlés électriquement et optiquement (WP6) et de réseaux réflecteurs (WP7).