Vers les télécommunications 5G !

ANR-16-CE24-0022

Les produits de filtrage radiofréquence (RF), qui représentent un marché de 4.3 milliards d'Euros en 2016, sont utilisés dans les domaines de l'information/communication, des systèmes de navigation, des instruments médicaux, des appareils ménagers, des applications militaires, etc… L’évolution des systèmes de communication et l’augmentation continue de la quantité d'informations transmises par des systèmes multicanaux (4G) nécessitent d’une part d'augmenter le nombre de bandes de transmission des données (jusqu'à 8) et d’autre part d'augmenter la bande passante et/ou la fréquence de chaque canal. Pour ce faire, il faut mettre en œuvre des circuits RF plus complexes, sans pour autant augmenter la taille totale des systèmes. Les filtres RF conventionnels basés sur des SAW sont limités à des fréquences inférieures à 3,5 GHz. Il existe à l’heure actuelle, peu de perspectives pour améliorer notablement cette technologie, basée sur l’utilisation de monocristaux massifs. Les résonateurs à ondes de volume utilisant des couches minces (TFBARs) d'AlN sont limités, par leur faible couplage électromécanique (K2=7,5 %) et leur bande passante étroite, à des fréquences inférieures à 4 GHz. L’utilisation de nouveaux matériaux présentant des pertes acoustiques faibles et un plus grand K2 est ainsi nécessaire pour augmenter la bande passante des filtres RF.

Ce projet mettra l'accent sur le développement de filtres TFBARs, à base des couches minces de LiNbO3 à K2 élevé, travaillant à 5-6 GHz et/ou avec une bande passante supérieure à 10 %. Une technologie sera développée pour obtenir des composants à bas coût, rapidement industrialisables et compatibles avec la microfabrication standard des composants TFBAR. Cette technologie sera basée sur l’obtention de couches de LiNbO3 de haute qualité, d’épaisseur contrôlée sur des substrats électrode/SiO2/Si. Cette technologie sera également utilisable pour la fabrication de dispositifs à base de SMR, SAW ou ondes de Lamb. Un effort particulier sera mis en œuvre pour (i) obtenir de meilleurs performances acoustiques sur des couches de LiNbO3 (K2 > 20 %, facteur de qualité élevé et stabilité à haute puissance) ; (ii) proposer une conception des filtres TFBAR avec une réponse monomode, des pertes < 3 dB dans la bande passante et une dérive de fréquence en température compatible avec les applications des filtres.
L'intégration des couches de LiNbO3 à la technologie de silicium serait une percée dans l’industrie de l’information et de la communications (infrastructures de téléphonie mobile 5e génération, traitement des données, Wi-Fi, etc.). Elle permettrait d'augmenter les fréquences des télécommunications de 2 - 3 GHz à 6 GHz et d'augmenter la bande passante d’un facteur 2. Cette technologie permettrait une amélioration considérable des systèmes de communication : débit de transmission plus élevé, réduction du nombre de composants.
LiLit regroupe deux laboratoires publics, un laboratoire semi-industriel et un industriel, leaders dans leurs domaines en France, pour une approche combinée et multidisciplinaire. Un tel développement technologique, accompagné par la science et la combinaison de savoir-faire à l’état de l’art, permettra l’émergence de produits de filtrage performants de nouvelle génération pour l'industrie des communications RF. Le partenariat permettra un effort collectif tendant vers cet objectif allant des matériaux avancés à la micro-fabrication de pointe et jusqu’au dispositif intelligent. LiLit contribuera également à renforcer les relations entre les secteurs académiques et industriels, relations essentielles pour le maintien et le développement de la compétitivité de l’industrie française et européenne dans le secteur hautement concurrentiel des communications RF.