Les avancées technologiques du III-V Lab qui transforment le futur
Imaginez un futur où les télécommunications ultrarapides, les véhicules autonomes et les systèmes de détection de pointe sont une réalité. Un futur rendu possible grâce aux travaux pionniers de laboratoires comme le III-V Lab, qui célébrait récemment son 20e anniversaire. Situé à Palaiseau, ce centre de recherche et développement unique en son genre repousse les limites de la science des matériaux pour façonner les technologies de demain.
Le III-V Lab, un concentré d'expertise en semi-conducteurs innovants
Fruit d'une collaboration entre Thales, Nokia et le CEA, le III-V Lab tire son nom des éléments des colonnes III et V du tableau périodique, comme le gallium, l'indium ou l'arsenic. En combinant ces éléments, les chercheurs synthétisent des matériaux semi-conducteurs aux propriétés extraordinaires, introuvables à l'état naturel. Avec un budget annuel de 25 millions d'euros et une équipe de 130 experts, le III-V Lab est un véritable concentré de matière grise et d'innovation.
Au fil des années, les recherches menées au III-V Lab ont donné naissance à de nombreuses avancées, que ce soit au travers de transferts technologiques vers des entreprises comme Lynred (capteurs infrarouges) et UMS (microélectronique), ou via la création de start-ups comme Mirsense (analyseurs de gaz) et Almae Technologies (transmetteurs télécoms). Retour sur quatre innovations marquantes ayant vu le jour dans ce temple de la deeptech.
InPoSi, pour marier III-V et silicium
L'un des Graal de la microélectronique est de faire croître harmonieusement des cristaux de matériaux III-V directement sur des substrats de silicium. En effet, cela permettrait de combiner, dans une même puce, l'électronique de contrôle (côté silicium) et les fonctions optiques propres aux III-V. Un défi de taille car les mailles cristallines de ces deux familles de matériaux sont naturellement incompatibles.
Les chercheurs du III-V Lab ont élaboré une parade baptisée InPoSi (InP on Silicon). L'idée est d'intercaler une fine couche de phosphure d'indium (InP) entre le silicium et les composés III-V par collage moléculaire. Une cuisson permet même de créer des liaisons covalentes pour solidifier l'édifice. De quoi ouvrir la voie à de nouveaux composants optoélectroniques miniaturisés et intégrés, très prometteurs pour les télécommunications.
L'amplification optique à semi-conducteurs fait de la résistance
Autre champ de bataille : celui de l'amplification des signaux optiques pour les télécoms longue distance. Aujourd'hui, la technique reine utilise des fibres dopées aux ions erbium. Mais une alternative existe : l'amplification optique à semi-conducteurs (SOA). Son avantage ? Pouvoir ajuster la fenêtre spectrale d'amplification (là où l'erbium est cantonné à la bande C, autour de 1550 nm) et amplifier simultanément plusieurs longueurs d'onde.
Délaissée depuis 30 ans en raison de problèmes de connectique, la technologie SOA est remise au goût du jour par le III-V Lab. En optimisant les couches actives à base d'InP, les chercheurs ont obtenu une bande passante record de 120 nm. De quoi séduire les géants du web ou révolutionner les liaisons inter-satellites.
Des transistors III-V rapides comme l'éclair
Pour suivre la cadence infernale des débits des télécommunications, les transistors doivent carburer à des fréquences toujours plus élevées. Le III-V Lab développe depuis 20 ans de nouveaux transistors bipolaires à hétérojonction, où l'émetteur et la base sont en matériaux III-V différents. Résultat : des composants atteignant les 350 GHz, contre seulement quelques GHz au début des années 2000 ! Ils équipent désormais les cartes émetteur-récepteur de Nokia.
Le nitrure de gallium muscle l'électronique de puissance
Dernier exemple en date des prouesses du III-V Lab : la mise au point de transistors en nitrure de gallium (GaN) pour l'électronique de puissance. Initialement développés pour les besoins de Thalès (radars, brouillage électronique...), ces composants surpassent les technologies américaines à base d'arséniure de gallium (GaAs). Une percée qui ouvre de nouveaux horizons du côté des véhicules électriques et des systèmes de transmission sans fil.
Au III-V Lab, on n'a pas fini d'entendre parler de ces semi-conducteurs « exotiques » que sont les matériaux III-V. Rendez-vous dans 20 ans pour un nouveau florilège d'innovations !
