Jury:

• Pr. Nathalie ROLLAND – IRCICA Lille (Présidente)
• Pr. Dominique SCHREURS – KU Louvain (Rapporteur)
• Pr. Jean-Pierre RASKIN  – UC Louvain (Rapporteur)
• Dr. Javier MATEOS – U Salamanca (Membre)
• Dr. Jeremie TORRES – IES Montpellier (Membre)
• Pr. François DANNEVILLE – IEMN Lille (Directeur de thèse)
• Pr. Christophe GAQUIERE – IEMN (Co-Directeur de thèse)
• Dr. Guillaume DUCOURNAU – IEMN Lille (Co-encadrant)
• Mr. Daniel GLORIA – ST Crolles (Encadrant industriel)

Introduction

Le trafic de données mobiles au niveau mondial a connu une explosion ces dernières années, et il ne cesse d’augmenter. En effet, cela est en partie dû à l’accessibilité du grand public à de plus en plus d’objets connectés tels que le téléphone, les smart TV, les capteurs intelligents, les caméras de surveillances, les cafetières etc … Couplés à cela, de nouveaux modes de consommation des données tels que les réseaux sociaux, le streaming 4K ou encore la musique à la demande tendent à saturer les canaux de communications alloués. De plus, le contexte de sécurité territorial actuel fait croître la nécessité de disposer de système rapide et fiable pour la détection d’armes, de toxines ou d’explosifs pour la sécurité dans les aéroports, stations de train ou centres de distribution des eaux. Ainsi, de par ses propriétés, la bande de fréquence millimétrique définie entre 30 GHz et 300 GHz suscite un grand intérêt pour répondre à ces problématiques. En effet, la bande de fréquence millimétrique pourrait permettre de disposer de plus large bande passante de transmission pour des applications de télécommunication, se traduisant par une augmentation du débit disponible. D’un point de vue imagerie, l’augmentation de la fréquence opérationnelle permet d’améliorer la précision avec la capacité à pénétrer certains matériaux. S’ajoutant à cela, l’attrait pour la gamme de fréquence millimétrique est d’autant plus fort que les dipôles électriques interagissent fortement avec les rayonnements dans cette gamme de fréquence. Ainsi, la détection de composé chimique par l’utilisation de systèmes électroniques permet de réaliser de la spectroscopie en temps réel contrairement aux procédures chimiques qui peuvent prendre plusieurs jours.

Photographie des montages utilisés pour la caractérisation en bruit des diodes de silicium (a) entre 130 GHz et 170 GHz, (b) entre 220 GHz et 230 GHz

Grâce aux avancées technologiques sur silicium, il est désormais possible de concevoir des circuits complexes dans la bande de fréquence millimétrique au-delà de 100 GHz. La conception de ces systèmes repose sur l’utilisation de modèles précis et fiables des dispositifs passif et actif tels que les transistor MOS ou bipolaires. Ces modèles sont eux-mêmes extraient et validés par des mesures hautes fréquences jusque 110 GHz. Les mesures hautes fréquences réalisées peuvent être classifiées en trois types de caractérisations. La caractérisation petit signal permet d’extraire les performances fréquentielles du dispositif. La caractérisation large signal permet de déterminer le comportement non linéaire du dispositif. Enfin, la caractérisation en bruit a pour but de définir la contribution en bruit du dispositif et d’en extraire ses 4 paramètres de bruit. Afin de s’assurer de la validité de ces modèles, il est nécessaire de réaliser des mesures au-delà de 110 GHz. Cependant, au-delà de cette fréquence, les bancs et méthodes de caractérisation actuels atteignent leurs limites.  Dans le but de répondre aux problématiques liées à la monté en fréquence des besoins de caractérisation, le laboratoire IEMN et STMicroelectronics entretiennent un partenariat depuis de nombreuses années, se traduisant par une collaboration an travers d’un laboratoire commun. Ces travaux de thèse s’inscrivent pleinement dans cette collaboration dont l’objectif est le développement de bancs de caractérisation pour la mesure de bruit et de puissance entre 130 GHz et 320 GHz.