Les voitures autonomes qui éliminent les embouteillages, l’obtention d’un diagnostic médical instantané sans quitter son domicile ou la possibilité de sentir le contact d’êtres chers basés à l’autre bout du continent peuvent sembler relever de la science-fiction.
Mais de nouvelles recherches, menées par l’université de Bristol et publiées dans la revue Nature Electronics, pourraient faire de tout cela et de bien d’autres choses encore un pas de plus vers la réalité grâce à une percée radicale dans la technologie des semi-conducteurs.
Les concepts futuristes reposent sur la capacité à communiquer et à transférer de vastes volumes de données beaucoup plus rapidement que les réseaux existants. Des physiciens ont donc mis au point un moyen novateur d’accélérer ce processus entre des dizaines d’utilisateurs, potentiellement dans le monde entier.
Le co-auteur principal, Martin Kuball, professeur de physique à l’université de Bristol, a déclaré : « Au cours de la prochaine décennie, des technologies jusqu’ici presque inimaginables pourraient être largement disponibles pour transformer un large éventail d’expériences humaines. Les avantages possibles sont également considérables, notamment les progrès dans le domaine des soins de santé avec les diagnostics et la chirurgie à distance, les salles de classe virtuelles et même le tourisme de vacances virtuel. »
« En outre, il existe un potentiel considérable pour les systèmes avancés d’aide à la conduite afin d’améliorer la sécurité routière et l’automatisation industrielle pour une plus grande efficacité. La liste des applications possibles de la 6G est infinie, la seule limite étant l’imagination humaine. Nos découvertes innovantes en matière de semi-conducteurs sont donc extrêmement intéressantes et contribueront à faire avancer ces développements à grande vitesse et à grande échelle. »
Il est largement admis que le passage de la 5G à la 6G nécessitera une mise à niveau radicale de la technologie des semi-conducteurs, des circuits, des systèmes et des algorithmes associés. Par exemple, les principaux composants semi-conducteurs concernés, c’est-à-dire les amplificateurs de radiofréquence fabriqués à partir d’un merveilleux conducteur appelé nitrure de gallium (GaN), doivent être beaucoup plus rapides, émettre une plus grande puissance et être plus fiables.
L’équipe de scientifiques et d’ingénieurs internationaux a testé une nouvelle architecture, catapultant ces amplificateurs spéciaux en GaN vers des sommets sans précédent. Ce résultat a été obtenu grâce à la découverte d’un effet de verrouillage dans le GaN, qui a permis de débloquer des performances beaucoup plus élevées pour les dispositifs de radiofréquence. Ces dispositifs de nouvelle génération utilisent des canaux parallèles qui nécessitent l’utilisation d’ailettes latérales de moins de 100 nm – un type de transistor qui contrôle le flux de courant passant à travers les dispositifs.
Le co-auteur principal, le Dr Akhil Shaji, chercheur associé honoraire à l’université de Bristol, explique : « Nous avons piloté, avec des collaborateurs, une technologie de dispositif appelée transistors à effet de champ à super-réseau (SLCFET), dans laquelle plus de 1 000 ailettes d’une largeur inférieure à 100 nm contribuent à faire passer le courant. Bien que les SLCFET aient démontré les performances les plus élevées dans la gamme de fréquences de la bande W, équivalant à 75 gigahertz -110 GHz, la physique sous-jacente était inconnue. »
« Nous avons reconnu qu’il s’agissait d’un effet de verrouillage dans le GaN, qui permet d’obtenir des performances élevées en matière de radiofréquences ».
Les chercheurs ont alors dû déterminer exactement où cet effet se produisait, en utilisant simultanément des mesures électriques ultra-précises et la microscopie optique, afin de pouvoir l’étudier et le comprendre davantage. Après avoir analysé plus de 1 000 nageoires, ils ont localisé cet effet sur la nageoire la plus large.
Le professeur Kuball, qui est également titulaire de la chaire de l’Académie royale d’ingénierie sur les technologies émergentes, a ajouté : « Nous avons également mis au point un modèle 3D à l’aide d’un simulateur afin de mieux vérifier nos observations. Le défi suivant consistait à étudier les aspects de fiabilité de l’effet de verrouillage pour des applications pratiques. Les essais rigoureux du dispositif sur une longue période ont montré qu’il n’avait pas d’effet préjudiciable sur la fiabilité ou les performances du dispositif. »
« Nous avons découvert qu’un aspect clé de cette fiabilité était une fine couche de revêtement diélectrique autour de chacune des ailettes. Mais la principale conclusion est claire : l’effet de verrouillage peut être exploité pour d’innombrables applications pratiques, ce qui pourrait contribuer à transformer la vie des gens de différentes manières dans les années à venir ».
Les prochaines étapes de ce travail consistent à augmenter encore la densité de puissance que les dispositifs peuvent fournir, afin qu’ils puissent offrir des performances encore plus élevées et servir un public plus large. Des partenaires industriels se chargeront également de commercialiser ces dispositifs de nouvelle génération.
Les chercheurs de l’université de Bristol sont à la pointe de l’amélioration des performances et de l’efficacité électriques dans un large éventail d’applications et de contextes différents.
Le professeur Kuball dirige le Centre de thermographie et de fiabilité des appareils (CDTR), qui développe la prochaine génération d’appareils électroniques à semi-conducteurs pour le « net zero », ainsi que pour les communications et la technologie radar. Il travaille également à l’amélioration de la gestion thermique, des performances électriques et de la fiabilité des dispositifs, en utilisant des semi-conducteurs à large et ultra large bande interdite.
Article : ‘Gallium nitride multichannel devices with latch-induced sub-60-mV-per-decade subthreshold slopes for radiofrequency applications’ par A.S Kumar et al dans Nature Electronics – DOI : 10.1038/s41928-025-01391-5
Source : U. Bristol
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