DS07 - Société de l'information et de la communication

Diodes Schottky GaN pour la génération de signaux THz – SchoGaN

Résumé de soumission

SchoGaN est un projet de recherche ambitieux de quatre ans axé sur l'utilisation des nitrures d’éléments III pour la réalisation de diodes Schottky et de multiplicateurs de fréquence à base de cette dernière et permettant le développement futur de sources de puissance térahertz (THz).
Les partenaires du projet SchoGaN sont trois laboratoires académiques (UMR-CNRS IEMN, UPR-CNRS CRHEA, LERMA-Observatoire de Paris) et une PME (T-Waves Technologies). Le consortium possède le savoir-faire et l'expertise pour réaliser un nombre important de percées dans le domaine des multiplicateurs de fréquence pour la réalisation de sources de forte puissance, compactes, accordables et large bande. L’IEMN et le CRHEA apporte une solide expertise dans les domaines de la technologie et de la croissance des matériaux III-N. Le LERMA apporte une solide expertise dans le design du multiplicateur de fréquence ainsi que la modélisation du guide d'ondes et de l’assemblage. T-Waves Technologies évaluera nos sources THz pour des applications industrielles en l'imagerie. Le consortium est complémentaire pour atteindre les objectifs.
Le domaine THz, situé entre les micro-ondes et l'infrarouge, offre une large gamme d'applications : les communications sans fil à haut débit, la détection de molécules, la sécurité, l'imagerie spatiale, le test non destructif, la médecine… Cependant, pour se développer massivement, ces applications nécessitent une source puissante, accordable, compacte, non-cryogénique et fiable. De nombreuses technologies sont en concurrence vers une industrialisation à faible coût et un marché de masse où ces sources sont déjà indispensables. En effet, entre le monde à l'état solide avec le transistor et le monde de l’optique avec le laser, nous notons, entre 300 GHz et 10 THz, le fameux "Gap THz" où la disponibilité de ces sources puissantes, accordables, compactes, fiables fait cruellement défaut.

L'objectif du projet SchoGaN est de répondre à ce manque.

L'une des technologies les plus prometteuses et la seule qui ait prouvé son potentiel dans la gamme THz repose sur le principe de la multiplication de fréquence. Sur une base de technologie GaAs, les multiplicateurs actuels détiennent l'état de l'art avec 18 µW obtenus à 2.58 THz et 1 mW à environ 1 THz. Malheureusement, même si ces résultats sont impressionnants, l’accès à ces sources reste critique pour des applications spécialisées ou des marchés de masse. Malgré les améliorations notables sur la physique et la technologie, les solutions ne peuvent surmonter la limite intrinsèque du champ électrique de claquage du GaAs et sa limite thermique qui représentent ici des barrières infranchissables.
Ainsi, la recherche d'un matériau candidat présentant un champ électrique de claquage élevée est donc cruciale. Ce candidat est le Nitrure de Gallium (GaN). Il présente un champ électrique de claquage environ 10 fois celui de GaAs. Récemment, le GaN a émergé comme un matériau prometteur pour les composants de puissance RF en raison de sa large bande interdite (3,4 eV), qui se traduit par un champ de claquage élevé, mais aussi grâce à sa vitesse élevée des électrons ainsi que sa conductivité thermique. Le champ électrique de claquage élevé augmente considérablement la tenue en puissance. Les études théoriques indiquent que la tenue en puissance d'une diode Schottky GaN est presque d’un ordre de grandeur plus élevée que son homologue en GaAs.
Le projet vise donc à développer des sources de puissance THz basées sur le principe de la multiplication de fréquence utilisant la diode Schottky GaN. L’objectif avec ces diodes est de décupler la puissance de sortie de dix fois de l'état de l’art actuel obtenu sur GaAs. Ainsi, nous visons 15 mW de puissance de sortie à 600 GHz. Ce projet représente une percée technologique vers la prochaine génération de sources basées sur le principe de la multiplication.

Coordination du projet

Mohammed Zaknoune (Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IEMN Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie
CRHEA Centre de recherche sur l'hétéroepitaxie et ses applications
LERMA Laboratoire d'étude du rayonnement et de la matière en astrophysique et atmosphères
T-Waves TERAHERTZ WAVES TECHNOLOGIES

Aide de l'ANR 639 275 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2017 - 48 Mois

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