Démonstration de circuits passifs sur Polymère dans la gamme THz – Terapacipode

Le projet TeraPACIPODE porté par l'IEF, s'inscrit dans le domaine de l'électronique térahertz (THz). Il adresse les applications liées aux télécommunications à haut débit de manière privilégiée mais les retombées seront aussi utiles à l'ensemble du champ émergeant que constitue l'électronique THz. Depuis quelques années, un nombre important d'études a concerné des composants actifs ; le plus souvent des sources, parfois des détecteurs, et rarement des amplificateurs basés sur des MMIC en dessous de 1THz. En parallèle, l'étude de fonctions passives THz a suscité peu d'intérêt et d'efforts.

Ce projet vise la réalisation de circuits passifs (guides, coupleurs, diviseurs de puissance, antennes) sur substrat polymère. L'intérêt de certains polymères aux fréquences THz est lié à la faible valeur de la partie réelle de la permittivité diélectrique qui présente l'avantage de réduire sensiblement les pertes par rayonnement des circuits et d'améliorer le rendement des antennes, à condition de ne pas augmenter les pertes diélectriques. Le BCB réunit ces deux critères. Un autre atout des polymères réside dans la capacité à les déposer par centrifugation au-dessus de tous les types de substrat et circuits intégrés. Les briques de base appréhendées dans ce projet sont aussi nécessaires à la synthèse de systèmes plus complexes tels que des amplificateurs distribués ou des multiplieurs.

Les TBH InP présentent en effet un plus grand ratio fréquence de fonctionnement sur fmax que les composants sur silicium avec de surcroît un facteur de mérite de Johnson plus favorable. Une des originalités du travail consistera à structurer les substrats polymères afin de favoriser des ondes lentes autorisant une grande compacité des circuits et de meilleurs facteurs de qualité grâce aux compétences de l'IMEP-LAHC. Un soin particulier sera apporté aux micro-vias connectant le niveau "polymère" aux couches actives sur semi-conducteur. De nombreuses interconnections entre guides de natures différentes seront conçues, réalisées et optimisées. Les moyens technologiques de la CTU de l'IEF pour les gravures et les dépôts de couches minces seront mis à profit.

Des antennes seront également modélisées par l'IETR. Elles tireront profit des propriétés du polymère et de sa structuration en maximisant la puissance couplée vers l'extérieur tout en réduisant les pertes du substrat. Ces antennes à forte directivité et large bande visent les liaisons point à point. Des distributeurs d'antenne quasi optique seront utilisés pour optimiser le transfert de puissance entre l'amplificateur et l'espace libre. Enfin, ce projet sera également l'occasion d'une amélioration de la métrologie sur analyseur de réseaux vectoriel dans la gamme 350-500GHz. Les mesures des nombreux dispositifs passifs envisagées et le développement de motifs de calibrage et d'épluchage sur polymère permettront d'accroître les connaissances et les compétences des différents partenaires sur le thème des mesures submillimétriques et particulièrement de l'IEMN qui supervise ce thème. Une analyse comparative de calibrages sur polymère et sur alumine dans une gamme de fréquence où de tels motifs de calibrage sont encore fiables (i.e. 110GHz) sera réalisée dans le projet. Au-delà de 220GHz, à ce jour, aucun substrat commercial performant n'existe. Les guides monomodes sur polymère pourraient devenir la solution, tout en réduisant le gaspillage de surface de circuit intégré consacrée à la réalisation de motifs de calibrage.

Un démonstrateur passif/actif complet THz, consistant en une chaîne d'émission dans la bande 350-400GHz sera conçu et réalisé à partir d'une technologie MMIC TBH InP (III-V Lab) .Un tel amplificateur sera à l'état de l'art des réalisations. Il sera connecté à l'étage supérieur en BCB accueillant les fonctions passives. Cette hybridation constituera le point d'orgue du projet. Un tel système n'est pas réalisable, à ce jour sur silicium.