Les interrupteurs micro-ondes (switches RF) sont des dispositifs clefs des modules reconfigurables des systèmes de communications et satellites. La demande croissante de haut-débit et d’une meilleure efficacité énergétique des dispositifs électroniques exige de nouvelles solutions technologiques pour des interrupteurs à la fois plus performants et moins gourmands en énergie.

Dans ce contexte, plusieurs technologies sont en cours de développement, comme les interrupteurs à base de matériaux à changements de phase, les MEMS et les memristors. Récemment, une monocouche MoS₂ a été utilisée pour réaliser un switch non volatil haute performance fonctionnant jusqu’à 50 GHz. Cependant, ces dispositifs sont limités par une faible tenue en puissance et leur comportement à plus hautes fréquences, dans les ondes millimétriques, est inconnue.

Dans ce travail, mené en collaboration avec Dr. Akinwande à l’Université du Texas, nous avons développé un nouveau switch RF non-volatil à base d’une couche monoatomique de nitrure de bore hexagonale (hBN). Nos dispositifs présentent des performances à l’état de l’art, avec une fréquence de coupure de 129 THz, des pertes d’insertion faibles (≤ 0.5 dB) et une large isolation (≥ 10 dB) dans la gamme de fréquences 0.1 GHz à 200 GHz, ainsi qu’un temps de commutation de l’ordre de la nanoseconde et une tenue en puissance de 100mW. En plus, nos interrupteurs sont particulièrement économes en terme de consommation d’énergie de commutation (la consommation d’énergie est nulle en régime statique).
Finalement, pour illustrer le potentiel des interrupteurs à base de hBN pour les communications haut-débit, nous avons démontré une transmission des données de 8.5 Gb/s sur une fréquence porteuse de 100 GHz ainsi que le routage d’un flux vidéo full HD en prise directe, encodé à 100 GHz. Ce type de structure offre ainsi de nouvelles solutions pour les bandes millimétriques et au-delà, bandes dans lesquelles vont reposer les futures bandes de fréquences du haut-débit.