De nouveaux commutateurs RF préparent le terrain pour la 6G
La révolution digitale que nous vivons se repose sur la transmission d’une énorme quantité de données, à des débits toujours croissants. C’est ce flux d’informations qui nous permet, par exemple, de rester en contact avec nos proches ou de travailler en distanciel pendant la récente crise sanitaire. Cependant, cette connectivité a un coût environnemental important car la consommation en énergie liée à nos objets électroniques ne cesse de croître. L’accès aux matières premières non-renouvelables au cœur des puces électroniques est devenu un enjeu majeur en politique internationale.
Des laboratoires de recherche de l’Université de Lille, et plus particulièrement l’Institut d’Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN UMR-CNRS 8520) et le laboratoire de de Physique des Lasers, Atomes et Molécules (PhLAM UMR-CNRS 8523) développent depuis quelques années des composants et dispositifs pour des communications à très haut débit
Dans le cadre d’une collaboration avec l’université du Texas-Austin, des chercheurs de l’Université de Lille (IEMN et PHLAM) ont développé et caractérisé un nouveau type de commutateur/interrupteur à base de matériaux bidimensionnels (2D), pour des applications à très haut débit autour de 300 GHz. Ce dispositif a suscité une attention considérable, car il a été démontré qu’il répondait aux exigences des futurs systèmes de communications 6G. Ces commutateurs sont des composants clés de systèmes de communication reconfigurables. Ils sont extrêmement répandus dans les appareils électroniques, assurant de nombreuses fonctions. Ce sont eux par exemple, grâce auxquels les smartphones passent du Bluetooth au Wifi, de la 3G à la 4G ou 5G.
La structure du commutateur proposé qui est extrêmement simple (voir illustration fig.1), utilise une monocouche de disulfure de molybdène (MoS2) d’épaisseur atomique séparant deux électrodes métalliques. En optimisant les dimensions du dispositif, une faible tension de commande permet de faire commuter le dispositif dans un état logique donné. Le commutateur se comporte comme une mémoire résistive, qui ne nécessite aucune tension de maintien dans un état logique donné. Par conséquent le dispositif est très économe en énergie, au regard des composants actuels.
L’intégration du dispositif dans une ligne de propagation nous a permis d’effectuer les caractérisations électriques jusqu’à 480 GHz. L’intégration du composant dans un système de transmission de données a permis de valider les différents standards IEEE 802.15.3d de la norme 6G, avec une porteuse autour de 320 GHz et des débits de 100 Gbits/s. Toutes les mesures ont été effectuées sur la plateforme de l’IEMN, et la fabrication du dispositif à l’Université du Texas-Austin.
Fig.2 : Caractérisation du commutateur à l’état passant (ON) (a) et à l’état non passant (OFF) juqsqu’à 480 GHz.
Fig.3 : Illustration des diagrammes de constellation obtenus pour une porteuse à 320 GHz. Le commutateur étant à l’état ON.
Vous trouverez plus de détail dans l’article de la revue NATURE Electronics en Juin 2022.
Kim, M., Ducournau, G., Skrzypczak, S. et al. Monolayer molybdenum disulfide switches for 6G communication systems. Nat Electron 5, 367–373 (2022).
https://doi.org/10.1038/s41928-022-00766-2
Cette publication fait suite à une autre publication récente également en collaboration
Kim, M., Pallecchi, E., Ge, R. et al. Analogue switches made from boron nitride monolayers for application in 5G and terahertz communication systems. Nat Electron 3, 479–485 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41928-020-0416-x
Les co-signataires :
IEMN : Guillaume Ducournau, Simon Skrzypczak, Henri Happy et Emiliano Pallecchi
PhLAM : Pascal Szriftgiser
