– ADMOS-VO2

L'objectif principal du projet proposé est de développer des nouveaux types des commutateurs ultra-rapides fonctionnant dans les domaines des ondes RF -micro-ondes et optiques en utilisant des matériaux présentant une transition réversible semi-conducteur- métal (Metal- Insulator Transition - MIT). Le but final est de réaliser des fonctions de commutations permettant d'améliorer les problèmes actuels rencontrés dans les systèmes de communications (gestion de l'énergie, puissance, rapidité, intégration). - Les circuits reconfigurables millimétriques sont actuellement très étudiés pour leurs performances dans des systèmes de communications avancés pour des applications spatiales ou liées à la défense (réseaux d'antennes reconfigurables, matrices de communications complexes etc.). A l'heure actuelle, les circuits micro-ondes de commutations utilisent principalement des solutions basées sur des composants semi-conducteurs ou plus récemment, sur des composants MEMS. D'un autre part, les réseaux optiques, constituent, grâce à leur haute capacité de transmission, une véritable colonne vertébrale des mêmes systèmes de communication. Elles nécessitent des commutateurs ou matrices de commutateurs optiques ultra-rapides avec des bonnes performances (faibles pertes d'insertion, faible diaphonie et consommation, durée de vie grande). - Le fonctionnement de composants que nous visons dans cette étude est basé sur la transition réversible MIT des couches minces de dioxyde de vanadium (VO2), transition ultra-rapide (de l'ordre de la ps jusqu'au ~100 fs) qui est accompagné par une modification abrupte et drastique des propriétés électriques et optiques des films VO2. Ainsi, pendant le cycle de transition semi-conducteur- métal la résistivité électrique des films VO2 peut diminuer de plusieurs ordres de grandeurs. De point de vue optique, le matériau passe d'un état transparent (phase semi-conductrice) à un état hautement réflectif (phase métallique) dans une large bande spectrale (de 1 mm jusqu'au fréquences THz). La transition réversible MIT peut être induite par différentes excitations externes (changement de température, excitation optique ou électriquement- par injection des porteurs). - Ces propriétés remarquables du matériau VO2 seront utilisées dans le cadre de ce projet pour la modulation d'un champ électromagnétique se propageant dans un guide co-planaire micro-ondes chargé par une couche mince VO2 (commutation entre l'état passant et l'état bloqué quand la résistivité du VO2 varie rapidement pendant un cycle de transition MIT). Dans le domaine de la commutation optique nous utiliserons le changement de réflectivité d'un film VO2 entamant une transition MIT pour la réalisation des micro- miroirs à réflectivité variable (commutateurs optiques rapides) avec une large plage d'applications (modulateurs optiques pour le déclenchement des impulsions laser ultra- brèves en régime Q-switch ou en régime de synchronisation des modes longitudinaux, commutateurs optiques etc.) - Concrètement, nous fabriquerons les composants en utilisant les techniques classiques de micro fabrication disponible dans notre institut. Les couches minces VO2 seront obtenus en utilisant un système conventionnel de dépôt par ablation laser (Pulsed Laser Deposition- PLD). Apres une étape préliminaire de fabrication des films VO2 et de caractérisation exhaustive de leurs propriétés (structure, morphologie, transition MIT) en fonction des conditions expérimentales (conditions dépôt, substrats, épaisseur) nous réaliserons des dispositifs simples nous permettant d'étudier le déclenchement rapide de la transition MIT en fonctions des diverse facteurs d'excitation (température, optiquement, injection des porteurs). L'étape suivante impliquera la simulation, la conception, la fabrication et la caractérisation RF et optique de structures plus complexes comme des commutateurs RF intégrés sur une ligne coplanaire micro-onde ou des commutateurs optiques. - Les applications finales v...