Commutateurs pour applications micro-ondes cryogéniques – SMIC

Le développement actuel de l'électronique supraconductrice intégrée en environnement cryogénique compact à fait sortir cette technologie des laboratoires. Les perspectives en termes de déploiement dans les domaines civil et militaire sur de très large gamme de fréquences sont importantes. Cette technologie permet de combler les besoins de filtrage bande étroite, très sélectif et ajustable. L'accord en fréquence peut se réaliser de manière discrète par la commutation de boite de poids capacitifs ou de manière continue en utilisant des films minces ferro-électriques ou férro-magnétiques associés aux matériaux supraconducteurs. Cette dernière solution à fait l'objet de nombreuses études soulignant le problème récurrent des pertes dié! lectriques dans les matériaux ajustables. A température ambiante, pour l'accord en fréquence discret, les diodes PIN sont actuellement massivement utilisées en raison de leurs faibles pertes, de l'importante isolation et de la bonne tenue en puissance. Ces composants dissipent cependant beaucoup d'énergie entrainant un phénomène d'échauffement. Des solutions alternatives sont aujourd'hui développées afin de réduire ces inconvénients : les transistors semi-conducteurs à effet de champ (FET) et les micro dispositifs électromécaniques (MEMS). Ces solutions sont probablement les plus en vue d'un point de vue cryogénique du fait de leur consommation réduite. Les transistors semi conducteurs à haute mobilité électronique (HEMT) sont intéressants car ils présentent intrinsèquement une faible valeur ! de résistance à l'état passant (Ron), il est cependant connu que pour certains HEMTs III-V les basses températures induisent des phénomènes de piégeage de charges dégradant fortement les performances de ces dispositifs. Les transistors basés sur l'hétérostructure AlSb/InAs ne sont pas sujets à ce genre de phénomènes. Par ailleurs, cette hétérostructure permet d’obtenir à la fois des densités électroniques importantes et des mobilités électroniques parmi les plus élevées. Ces mobilités sont fortement augmentées par la réduction de la température (Un facteur 3 est typique entre 300K et 77K pour une couche non optimisée). Dans le cadre des applications de commutation à basse température, il est nécessaire, d'évaluer aux températures cryogéniques le meilleur compromis, entre la valeur de la résistance série (Ron) et valeur de la capacité résiduelle à l'état bloqué (Coff). L'autre solution envisagée dans ce projet et celle des commutateurs MEMS à contact Ohmique. Ces derniers présentent eux aussi de très faibles pertes rf à température ambiante de l'ordre de 0.3 dB ainsi qu'une très bonne isolation 40 dB @ 500 MHz. Ici l'effet des basses températures peut directement avoir un effet bénéfique dans le sens où la résistivité électrique décroît à basse température. En revanche l'effet des basses températures sur le comportement mécanique est mal connu et doit être étudié. Le but de cette étude est d'évaluer les caractéristiques de ces deux technologies aux temp&eacut! e;ratures cryogéniques et de les comparer aux composants usuels tels que les diodes PIN. Des développements spécifiques seront ensuite entrepris afin de cibler précisément certaines bandes de fréquences soit la bande V-UHF (bande militaire) où les MEMS Ohmiques semblent les plus pertinents ainsi que les bandes L, S et C (communication militaire et civile) où les HEMT AlSb/InAs sont eux très prometteurs. Les fonctions de commutation seront démontrées en hybridant les commutateurs sélectionnés avec des véhicules de test supraconducteurs sous la forme d'une réutilisation de filtre V-UHF ajustable supraconducteur déjà développé à THALES TRT et par commutation d'une banque de résonateurs supraconducteurs pour les gammes de fréquences supérieures.