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nombre d'offres : 28

Caractérisation et modélisation des dispositifs à effet de champs à semiconducteur silicium et en III-V en condition cryogénique

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Date de début : 6 janvier 2020

Offre n° IMEPLaHC-11092019-CMNE

Institut de Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique
IMEP-LaHC, Grenoble INP, BP 257
MINATEC
38016 Grenoble cedex 16, France

PhD Position

Topic: Characterization and modeling of Si and III-V FET devices under deep cryogenic condition
Start: January 2020
Salary: 1400 EUR / month (net)

Context :
Quantum computing is currently attracting a lot of research due to its high potential for complex calculation and cryptography applications. The core elements of quantum computing are Qbits, but they must be addressed and accessed using an embedded CMOS technology, which hence needs to operate at very low temperatures, as Qbit devices only operate in cryogenic conditions. The understanding of MOSFET operation at very low temperature is well known since the 90s, but modern and emerging technologies like FDSOI, FinFET, III-V HEMT or NanoWire, which will be needed in the framework of quantum computing, have not been extensively studied at low temperature. One particular property of these technologies is their high surface to volume ratio and their use of high-K materials, which may lead to an undesired increased impact of electronic noise, related to the presence of traps and defects, extremely detrimental for quantum computing. In addition, MOSFET devices generate heat, which impacts their own operation, in a phenomenon called the Self Heating Effect (SHE). This effect is still not fully understood yet, especially at low temperature. Therefore, the cryogenic behavior of these new MOSFET architectures has to be fully re-investigated in the light of their future use for quantum computing application.

In order to face these exciting challenges and in the framework of this proposed PhD subject, the student will perform a detailed experimental study of Si and III-V FET electrical properties and reliability in cryogenic conditions (down to 4K), using the state-of-the-art facilities of IMEP-LAHC. This work will then be followed by the development of physical models, which will be used by teams of circuit designers, in the framework of a European project (SEQUENCE) whose general objectives are:

  • To provide technology for scalable cryogenic electronics supporting emerging quantum computing technologies.
  •  To mature a selected set of emerging device technologies (TRL 4) with technology benchmark to support future technology nodes.
  • To establish the optimal balance between III-V, Si CMOS, and emerging device technologies to meet the power and form factor constrains in cryogenic electronics and develop 3D technology integration strategies.

Detailed overview of the PhD subject :

  1. Advanced cryogenic electrical characterization
    The PhD student will perform a detailed electrical characterization from room temperature down to 4K, on various Si and III-V MOS devices, fabricated by the partners of SEQUENCE (LETI/CEA, Lund University, IBM Zurich). The challenges include proper assessment of electrical properties of devices through Capacitance-Voltage and Current -Voltage measurements measurements on devices featuring short gate length and small width (nanometrics sizes).  Magneto-transport measurements down to 4K and up to 9 Teslas will also be carried out to evaluate more precisely the channel transport mechanisms by Hall effect and magnetoresistance phenomena.
  2.  Interface and dielectric trap characterization
    The PhD student will perform a refined analysis of the device gate dielectric-channel interface quality based on low frequency noise (LFN), random telegraph noise (RTN) and Charge Pumping (CP) measurements. The origin of different noise sources will be identified, aiming in the proper trap
    parameter extraction and noise modeling. In small area devices in particular, the onset of RTN will be investigated for comparison to the usual 1/f (flicker) noise and additionally provide single defect characteristics.
  3. Self heating effect characterization
    The PhD student will carry out SHE electrical characterization by specific pulsed I-V measurements  on various selected devices in order to benchmark different device architectures and technologies. The techniques of gate thermometry and thermal microscopy may also be examined.
  4. Modelling and simulation
    The PhD student will also conduct a physical modelling of the operation of such Si/III-V FET devices based on Poisson-Schrodinger simulation carried out at deep cryogenic temperatures. She/He will focus both on charge and capacitance characteristics, transport properties as well as on low frequency noise modelling, in order to better interpret the experimental data on one hand, and examine the device behavior in a circuit, through Verilog-A model development.

Environment
IMEP-LaHC (MINATEC)  benefits from a renowned expertise in low temperature characterization and modelling of CMOS devices since the end of 80s, with emphasis on MOSFET parameter extraction, LF noise and transport in inversion layer at cryogenic temperatures for space applications.
IMEP-LaHC has also founded the workshop on low temperature electronics (WOLTE) in 1994, still running today. In the framework of the European project SEQUENCE, IMEP-LaHC will contribute to the characterization and modeling of Si and III-V MOS devices fabricated at LETI/CEA (Grenoble), Lund University (Sweden) and IBM Zurich (Switzerland).

Requirement
The student should have knowledge of electronics and semiconductor physics, as well as basic understanding of semiconductor device operation principles and applications. Technical skills regarding data treatment through Origin, MATLAB, Mathcad or Python will be needed. Already acquired experience in electrical characterization will be appreciated.

Contact
PhD supervisor: Prof F. Balestra, , DR CNRS, francis.balestra@grenoble-inp.fr (+33456529510)
PhD co-supervisor: Dr. C. Theodorou, CR CNRS,  christoforos.theodorou@grenoble-inp.fr (+33456529549)

  • Mots clés : Sciences pour l'ingénieur, Physique mésoscopique, FMNT, IMEP-LaHc
  • Laboratoire : FMNT / IMEP-LaHc
  • Code CEA : IMEPLaHC-11092019-CMNE
  • Contact : francis.balestra@grenoble-inp.fr

Réalisation et optimisation de biocapteurs à base de nanostructures SiC pour la détection électrique de biomolécules

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Date de début : 1 octobre 2019

Offre n° IMEPLaHC-07062019-CMNE

                                                             

Réalisation et optimisation de biocapteurs à base de nanostructures SiC pour la détection électrique de biomolécules

Topic :

The development of label-free biosensors based of electrical detection of molecules is of great interest for early diagnosis of biomarkers in personalized medicine, environmental monitoring and bio-defense. In this aim, many studies are currently being carried out on sensing devices based on semiconductive silicon nanowires, for electrical detection of DNA or proteins by field effect with high sensitivity and specificity [1].
However, silicon nanowires exhibit some physicochemical instability when immerging in saline physiological solutions. It leads to some non-reliability of the measurements which, in fact, become limiting. To overcome these critical issues, other kinds of semiconducting nanomaterials or new nanowire architectures involving Si core with a passivating metal oxide shell are under investigation. In particular, silicon carbide (SiC) is a semiconductor which can advantageously replace silicon.
Indeed, SiC is already used for many biomedical applications: covering of prostheses and stents, biomimetic structures and cell reconstruction. Very recently, it has emerged as the best semiconductor candidate, chemically inert, biocompatible [2], which offers new perspectives notably for integration of in-vivo sensors. Notably, our group has recently proved the superior chemical stability of SiC NWs over Si NWs [3] in physiological conditions.
Since several years, our group is a leading group implementing SiC based Nanowires Field Effect Transistors (NWFETs) for different applications: nanoelectronics in critical environments (temperature, gas, radiation) and nanosensors of biological molecules (DNA). We have validated the concept of SiC nanowire transistors in previous PhD theses leading to a first demonstrator on an international scale.

The grafting and electrical detection of DNA using NWFETs based on 2 types of innovative SiC nanostructures have been demonstrated [4-8]. As a continuation of this work, this new PhD thesis aims to develop biosensors involving SiC based nanolines optimizing thoroughly the characteristics and performances of these devices in terms of sensitivity, detection limit, selectivity long-term functionality and real-time acquisition.

Objective:
The thesis work will focus on the development of SiC based nanolines, their integration in NWFETs, their electrical characterization, their functionalization and integration in microfluidic cells in order to be able to emphasize the electrical detection of DNA or proteins in liquid medium. The work will be principally done within 2 Grenoble laboratory partners in this project: IMEP-LaHC and LMGP.
This partnership is supplemented by surrounding technical platforms (CIME Biotech, clean rooms PTA and CIME).

Candidate profile:
The candidate should be Master of Sciences graduated in the field of Micro-Nanotechnology.
An experience in biosensing and cleanroom processing and device characterization would be a plus.
CV, marks of master (year 1 and 2) and letter should be sent before July , 15 to supervisor and co -supervisor .

Contact:
Edwige BANO,   IMEP-LaHC  : Supervisor
Valérie STAMBOULI, LMGP : Co -supervisor

Funding:
fellowships from EEATS doctoral school

Starting date:
1st October 2019

References:
[1] N. Gao, et al, Nano Letters. 15, p2143−2148 (2015)
[2] S.E.Saddow, Silicon Carbide Biotechnology: A Biocompatible Semiconductor for Advanced Biomedical Devices and Applications. Elsevier Sciences (2011)
[3] R. Bange, et al, Material Research Express 6, 015013 (2019)
[4] L. Fradetal, thesis of Grenoble University (2014)
[5] L. Fradetal, et al, Journal of Nanoscience and Nanotechnology 14, 5, p3391–3397 (2014)
[6] J.H.Choi et al, Journal of Physics D: Appl. Phys. 45 p235204 (2012)
[7] M. Ollivier et al, J. Crystal Growth 363 p158-163 (2013)
[8] L. Fradetal et al, Nanotechnology 27 (23) p235501 (2016)

  • Mots clés : Sciences pour l'ingénieur, Electronique et microélectronique - Optoélectronique, FMNT, IMEP-LaHc
  • Laboratoire : FMNT / IMEP-LaHc
  • Code CEA : IMEPLaHC-07062019-CMNE
  • Contact : edwige.bano@grenoble-inp.fr

Deuxième génération d’harmoniques pour les matériaux semi-conducteurs et caractérisation d’interfaces

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Date de début : 1 octobre 2019

Offre n° IMEPLaHC-05062019-CMNE

Génération de seconde harmonique pour la caractérisation des matériaux et interfaces à semiconducteurs

IMEP – LAHC, MINATEC – INPG, 3, Parvis Louis Néel, 38016, Grenoble

 Contacts:
Irina Ionica , 04 56 52 95 23
Guy Vitrant
Lionel Bastard

Contexte:
Ce sujet de thèse est financé dans le cadre du plan national français Nano 2022, qui fait partie du projet européen IPCEI «Nanoélectronique pour l’Europe» et vise à  soutenir l’industrie micro / nanoélectronique. Parmi ses 5 axes stratégiques, les capteurs intelligents (tels que les capteurs d’image) occupent une place importante.
L’amélioration des performances de tels dispositifs nécessite des optimisations technologiques continues des matériaux et des interfaces les constituant.
La plupart du temps, les matériaux utilisés sont des couches minces (ou des empilements contenant plusieurs couches minces) et leur caractérisation non destructive sur wafer complet  est un véritable défi.

Objectifs de thèse et travaux à réaliser:
L’objectif de cette thèse est de développer une méthode de caractérisation innovante pour les multicouches de diélectriques à grand k utilisés pour la passivation au silicium. La méthode utilise la génération de seconde harmonique (SHG), qui est un phénomène d’optique non linéaire. La particularité du SHG généré par les matériaux centrosymétriques (tels que Si, Al2O3, HfO2…) est que le signal, provenant principalement des contributions des interfaces, est très sensible au champ électrique qui y est présent. Pour les capteurs d’image, une qualité d’interface élevée et une passivation par effet de champ sont requises et peuvent être mesurées à l’aide du SHG1. Ces objectifs nécessitent que  deux éléments clés soient traités dans la thèse:
(1) la déconvolution des phénomènes de propagation optique  afin d’accéder aux propriétés électriques de l’interface et (2)l’ étalonnage du SHG en utilisant d’autres mesures électriques comme la capacité en fonction de  la tension sur des structures fabriquées spécifiquement en salle blanche.
Le sujet est donc multidisciplinaire (physique des semi-conducteurs, physique des dispositifs semi-conducteurs, optique non linéaire…) et couvre tout le spectre, de la fabrication de structures de test simples à la mesure et modélisation de la  SHG ainsi qu’à la caractérisation électrique et à l’extraction de paramètres.

Environnement scientifique et collaborations:
Le doctorant bénéficiera d’équipements innovants: un prototype unique en Europe, installé à l’IMEP-LAHC en 2014.
De plus, nous avons développé un simulateur optique fait maison afin d’expliquer les résultats expérimentaux. L’étudiant bénéficiera également d’échantillons présentant un grand intérêt pour les capteurs d’images de STMicroelectronics. Le sujet est donc fortement lié au monde universitaire et  industriel, puisqu’il couvre la compréhension physique et les applications pragmatiques de la microélectronique.

Connaissances et compétences requises:
Le sujet du doctorant appartient au domaine de la micro-nanoélectronique, mais il est multidisciplinaire (optique non linéaire, caractérisation électrique et modélisation des interfaces semi-conducteurs-diélectriques). Le candidat doit avoir une connaissance solide dans au moins l’ un de ces domaines. Sa curiosité scientifique et son ouverture d’esprit devraient lui permettre d’acquérir les autres compétences techniques. Le candidat devrait apprécier à la fois les  travaux expérimentaux et de simulations. La curiosité et la rigueur scientifiques, la motivation, le sérieux et la créativité sont des qualités indispensables pour tirer pleinement parti de l’environnement scientifique de cette thèse et acquérir une excellente expertise pour son avenir professionnel. Le sujet est proche à la fois de la physique fondamentale et du monde industriel. Après le doctorat, le candidat devrait être capable de s’adapter facilement aux environnements des recherches académique et industriel .

Le candidat doit avoir un très bon dossier académique, avec des notes élevées.

1 ML Alles et al., Transactions IEEE sur la fabrication de semi-conducteurs, vol. 20, 107 (2007),
D. Damianos et al., Solid State Electronics, vol. 115, p.237, 2016

Front-end supraconducteur à base de MgB2 fonctionnant entre 10K et 20K

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Date de début : 1 octobre 2019

Offre n° IMEPLaHC-13032019-CMNE

                                                                                                                                                                                                                      

Proposition de thèse 2019
Front-end supraconducteur à base de MgB2 fonctionnant entre 10K et 20K

Le traitement tout numérique du signal hyperfréquence est une voie prometteuse pour réaliser à terme des équipements sol et des charges utiles flexibles pour les radiocommunications spatiales et la radioastronomie. En radiocommunication, la surveillance du spectre très large bande et les télécommunications spatiales sont des applications possibles, et ceci d’autant plus avantageusement que d’autres parties du satellite nécessitent un cryorefroidissement. Les progrès réguliers des composants de traitement numérique devraient permettre d’envisager à terme de disposer d’une puissance de calcul embarquée conforme aux besoins de ces charges utiles. Des technologies annexes comme les liaisons optiques numériques capables d’assurer les échanges de données entre les équipements de
traitement sont en bonne voie pour être spatialisées.
L’électronique numérique supraconductrice RSFQ (Rapid Single-Flux Quantum) est une solution technologique qui permet d’envisager la numérisation des signaux RF directement sur la fréquence de la porteuse en faisant l’économie des convertisseurs de fréquence analogiques. La sensibilité élevée des circuits RSFQ permet également de supprimer les amplificateurs d’entrée faible bruit (LNA). Par ailleurs cette technologie est également une solution entrevue pour les
super-calculateurs (projet américain C3 : Cryogenic Computer Complexity). Elle permet d’envisager le traitement intensif de données à puissance consommée négligeable directement à température cryogénique, par exemple comme back-end de récepteurs supraconducteurs comme pour l’interférométrie en radioastronomie, ou de télécommunications.
Dans ce contexte l’IMEP-LAHC développe des circuits de front-end RF RSFQ en partenariat avec le CNES et Thales-Alenia-Space, et des magnétomètres à SQUIDs numériques (porteuse du signal entre 0,01 et 100 Hz). Les deux dispositifs sont des convertisseurs analogiques-numériques (CAN) utilisés dans des modes de fonctionnement différents mais basés sur la même technologie de jonctions Josephson shuntées à base de niobium et refroidies à 4,2K. Le travail
en cours consiste en particulier à miniaturiser la tête de réception pour évaluer le niveau d’intégration possible et les fonctionnalités ultimes de circuits plus compliqués et en terme de fréquence d’échantillonnage, à modifier la manière de polariser les circuits pour supprimer la puissance statique dissipée (technologies eRSFQ et eSFQ : energy-efficient SFQ) et à augmenter la dynamique des magnétomètres actuels. Ce travail se fait en collaboration avec des centres de technologie permettant de fabriquer les circuits : la fonderie FLUXONICS située à Iéna en Allemagne (front-end RFRSFQ), le centre de métrologie nationale italienne (INRIM) à Turin (technologie Focused Ion beam (FIB) eSFQ pour un CAN à fréquence d’échantillonnage plus élevée), fonderie japonaise CRAVITY de l’AIST pour les magnétomètres numériques.
L’une des limitations des développements actuels pour certaines applications, notamment concernant la portabilité, la compacité des systèmes et la puissance totale requise pour les applications spatiales, est liée à la température de 4,2K qui est environ la moitié de la température critique du niobium qui est le supraconducteur basse Tc le plus couramment utilisé. A cette température il faut entre 1000 et 10000 watts pour obtenir 1 watt à 4,2K. Un passage à 10K ou 20K de température de fonctionnement permettrait d’améliorer le bilan thermique par un facteur important (études antérieures avec le matériau NbN (Tc ≈ 16K) ayant montré qu’à 9 K, le cryo-refroidissement nécessitait 2 étages au lieu de 3 pour 4K). Pour l’instant, les Etats-Unis et le Japon réinvestissent dans le matériau NbN qui présente en outre l’avantage de pouvoir compacifier les circuits car l’inductance cinétique de films minces est plus élevée. En France et même en
Europe l’environnement technologique actuel ne permet pas d’envisager à court terme de tels développements.
Par contre il est un matériau qui présente des propriétés particulièrement intéressantes pour nos applications numériques et qui n’a pas encore été beaucoup investigué : ce matériau est MgB2. A la différence des supraconducteurs à haute Tc la physique de ce matériau est bien comprise et sa fabrication est relativement aisée. Sa température critique de 39K permet d’envisager un fonctionnement à 20K avec des bons paramètres. Par ailleurs, peu de temps après sa découverte
en 2001 [1], des jonctions Josephson et des SQUIDs ont été fabriqués la même année avec des propriétés attractives [2].
L’INRIM a également obtenu de très bonnes performances dès 2005 [3]. Les Etats-Unis ont fourni les premiers résultats avec l’objectif de réaliser des circuits RSFQ avec des jonctions MgB2 submicroniques en 2015 [4], mais aussi plus récemment des détecteurs [5-8] basés sur l’amélioration des propriétés des films de MgB2 développés en particulier au Jet Propulsion Laboratory (NASA) en Californie [9]. Pour les applications numériques il n’est pas souhaitable de
travailler à trop haute température pour éviter des taux d’erreurs numériques trop élevés causés par le bruit thermique. MgB2 apparaît donc comme un matériau prometteur, également en terme de vitesse ultime de fonctionnement (RnIc =1,3 mV correspondant à une fréquence d’horloge RSFQ de l’ordre de 200 GHz).
Dans le cadre de cette proposition de thèse l’objectif est donc de transposer le savoir-faire de l’IMEP-LAHC dans latechnologie RSFQ et eSFQ pour fabriquer de petits circuits permettant d’évaluer les performances de MgB2. On s’attachera surtout, mais pas uniquement, à étudier l’influence de la température sur les paramètres et les performances en mode numérique. Une partie du travail consistera à fabriquer les circuits à l’INRIM à Turin avec qui l’IMEP-LAHC a
l’habitude de travailler. L’INRIM est le centre européen ayant prouvé la fabrication de jonctions Josephson et de SQUIDs à base de MgB2 [3]. Le doctorant devra donc passer une partie non négligeable de son temps à Turin (environ 50%). Il sera encadré partiellement par une collègue de l’INRIM. Le reste du travail de thèse consistera à concevoir les circuits et les mesurer à l’IMEP-LAHC.
Enfin, il est important de noter que ce matériau MgB2 est en développement au JPL (NASA) pour le développement de détecteurs, notamment pour des applications en astronomie. Il est important d’évaluer dans quelle mesure on peut envisager à terme d’intégrer des capteurs THz MgB2 et leur traitement numérique pour de futurs imageurs THz tout supra. Cette thèse est aussi un premier pas dans cette direction.

[1] J. Nagamatsu, N. Nakagawa, T. Muranaka, Y. Zenitani, and J. Akim- itsu, “Superconductivity at 39 K in MgB2,” Nature, vol.410, pp. 63–64, 2001.
[2] A. Brinkman, D. Veldhuis, D. Mijatovic, G. Rijnders, D. H. A. Blank, H. Hilgenkamp, and H. Rogalla, “Superconducting quantum interfer- ence device based on MgB2 nanobridges,” Appl. Phys. Lett., vol. 79, pp. 2420–2422, 2001.
[3] C.Portesi, D.Mijatovic, D.Veldhuis, A.Brinkman, E.Monticone, and R. S. Gonnelli, “ MgB2 magnetometer with a directly couplet pick-up loop,” Supercond. Sci. Technol., vol. 19, pp. 303–306, 2005.
[4] T. Melbourne, D. Cunnane, E. Galan, X. X. Xi, and Ke Chen, « Study of MgB2 Josephson Junction Arrays and Sub-μm Junctions, » IEEE Trans. Appl. Supecond., Vol.. 25, No. 3, 1100604, June 2015.
[5] A.E. Velasco, D.P. Cunnane, S. Frasca, T. Melbourne, N. Acharya, R. Briggs, … & V.B. Verma, » High-operating-temperature superconducting nanowire single photon detectors based on magnesium diboride, » In CLEO: QELS_Fundamental Science (pp. FF1E-7). Optical Society of America, May 2017.
[6] M.A. Wolak, N. Acharya, T. Tan, D. Cunnane, B.S. Karasik, & X. Xi, « Fabrication and characterization of ultrathin MgB2 films for hot-electron bolometer applications, » IEEE Transactions on Applied Superconductivity, Vol. 25, No. 3, 2015
[7] D. Cunnane, et al. « Low-noise THz MgB2 Josephson mixer, » Applied Physics Letters 109.11 (2016): 112602.
[8] D. Cunnane, et al. « Optimization of parameters of MgB2 hot-electron bolometers, » IEEE Transactions on Applied Superconductivity 27.4 (2017): 1-5.
[9] Withanage, Wenura K., et al. « Growth of magnesium diboride thin films on boron buffered Si and silicon-on-insulator substrates by hybrid physical chemical vapor deposition. » Superconductor Science and Technology 31.7 (2018): 075009.

Informations pratiques sur la thèse :

Public visé:
   – Etudiants d’écoles d’ingénieurs et de master 2 de physique ou d’électronique.
– Bonne connaissance des techniques numériques et analogiques.
– Bonne maîtrise des pratiques expérimentales.
– Connaissances souhaitables des techniques de fabrication de composants en salle blanche
– Des connaissances des supraconducteurs et des techniques cryogéniques sont un plus.
– Mention assez bien (moyenne supérieure à 12/20) requise en master 1 et en master 2.

Responsable CNES de la thèse :
Thierry Robert – DCT/RF/STR – courriel : Thierry.Robert@cnes.fr

Encadrement de thèse :
– Pascal Febvre, IMEP-LAHC, tél. 04-79-75-88-64, courriel : Pascal.Febvre@univ-smb.fr
–  Luc Lapierre, CNES, courriel : Luc.Lapierre@cnes.fr

Lieu de la thèse :
IMEP-LAHC – CNRS UMR5130
Université Savoie Mont Blanc
Campus scientifique
73376 Le Bourget du Lac Cedex

Période de la thèse :
Démarrage au 1er octobre 2019

  • Mots clés : Sciences pour l'ingénieur, Electronique et microélectronique - Optoélectronique, FMNT, IMEP-LaHc
  • Laboratoire : FMNT / IMEP-LaHc
  • Code CEA : IMEPLaHC-13032019-CMNE
  • Contact : Pascal.Febvre@univ-smb.fr

Conception d’une antenne intelligente 3D pour les applications 5G FWA

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Date de début : 2 septembre 2019

Offre n° IMEPLaHC-19022019-RFM

Titre de thèse :  Conception d’une antenne intelligente 3D pour les applications 5G FWA

 

Contexte :

Plus d’un milliard de foyers dans le monde ne disposent toujours pas d’une connexion haut débit régulière [SNS2017]. Fixed Wireless Access (FWA) fournit un service haut débit aux particuliers, aux entreprises et aux usines, ce qui est particulièrement intéressant dans le cas où aucune infrastructure n’est en place pour fournir le haut débit filaire via des solutions cuivre, fibre ou hybride. En raison de l’expansion du trafic de données mobiles (+ 60% par an en moyenne), les réseaux cellulaires actuels ne peuvent fournir le débit de données demandé, le temps de latence et la qualité de service souhaitée pour les applications futures. Les systèmes FWA de nouvelle génération, basés sur la technologie 5G [RAP13], tels que la formation de faisceaux en ondes millimétriques (mmW), amélioreront considérablement les performances des services haut débit sans fil et fourniront des solutions FWA robustes, fiables et économiques à une échelle massive pour la première fois. Cette année, Orange, Cisco et Samsung ont enregistré des performances record pour les 5G FWA mmW avec un débit total de 6 Gbps, fournissant plus de 1 Gbps aux utilisateurs individuels, à plus d’1 km du site 5G [ORA18].
Cependant, le système reposait sur un réseau d’antennes à 128 cellules dont le coût prohibitif constituait une limite essentielle pour le marché de masse, l’utilisation quotidienne dans les espaces publics et le déploiement à grande échelle. Dans ce contexte, le scénario le plus important pour les opérateurs consiste à installer les équipements utilisateurs (UE) sur des murs extérieurs (maisons individuelles, bâtiments professionnels, etc.). Pour que la 5G FWA (24,25-27,5 GHz et 37,75-40 GHz) devienne une réalité, un tel cas d’utilisation nécessite des antennes orientables par faisceau hautement directionnelles avec un réglage précis et un grand angle de balayage pour faciliter la configuration des équipements utilisateurs (UE) et atténuer les effets sur l’environnement (par exemple, le vent, les vibrations sur le mobilier urbain, la température, par exemple [KALI15]).

Objectif :

Dans cette thèse nous proposons de travailler sur la conception d’une antenne intelligente 3D en se basant sur un radôme multifonctionnel fabriqué de manière monolithique. Une telle approche offre deux avantages principaux: la protection mécanique de l’antenne pour les utilisations en extérieur et l’amélioration des performances RF via la diversité de polarisation et les fonctions de filtrage / absorption. En effet, les surfaces sélectives en fréquence (FSS) seront conçues et «imprimées» directement sur la surface interne du radôme (par impression 3D) par la technologie de micro-distribution afin de réduire les interférences. De plus, un matériau absorbant lui aussi imprimé en 3D sera également ajouté pour réduire les niveaux des lobes latéraux. Une fonction innovante supplémentaire de collimation et de polarisation (lentille et polariseur intégrés dans le radôme) sera également étudiée.

Contact :

Pr. Tan Phu VUONG, email : tan-phu.vuong@grenoble-inp.fr
Mcf. Grégory HOUZET, email : gregory.houzet@univ-smb.fr
Mcf. Thierry LACREVAZ, email : thierry.lacrevaz@univ-smb.fr

Référence :

[KALI15] R. Kalimulin, et al., “Impact of Mounting Structures Twists and Sways on Point-to-point MillimeterWave Backhaul Links,” IEEE Intern. Conf. on Commun. (ICC), 2015, London, UK
[ORA18] “Samsung and Cisco in Partnership with Orange Demonstrate New 5G-Powered Home Entertainment and Smart City Applications in Romania”, July 02, 2018.
[RAPA13] T. S. Rappaport, et al., “Millimeter Wave Mobile Communications for 5G Cellular: It Will Work!,” IEEE Access, vol. 1, pp. 335-349, May 2013
[SNS17] « 5G For FWA (Fixed Wireless Access): 2017-2030 – Opportunities, Challenges, Strategies & Forecasts », Market Insight report, SNS TELECOM, 2017.

  • Mots clés : Sciences pour l'ingénieur, Electronique et microélectronique - Optoélectronique, FMNT, IMEP-LaHc
  • Laboratoire : FMNT / IMEP-LaHc
  • Code CEA : IMEPLaHC-19022019-RFM
  • Contact : tan-phu.vuong@grenoble-inp.fr
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