Les enjeux de demain ?

« Les objets connectés gagnent en popularité, avec des usages et des attentes portés par une mobilité de plus en plus importante et une connectivité quasi perma-nente. Pour les nouvelles générations, le smartphone constitue d’ailleurs le premier écran (et parfois le seul). Un hub numérique qui sera au cœur des nouvelles utili-sations des objets connectés. A partir de ces nouveaux usages portés par le grand public, on peut imaginer un futur espace de travail :

Un espace où le smartphone aura remplacé la carte d’accès aux bureaux. Des bureaux où les salles de réunion seront capables de prendre des réservations avec une commande vocale et d’optimiser leur taux de réservation. Des locaux, usines ou entrepôts où la qualité de l’air, la température et l’humidité seront automati-quement ajustées selon les contraintes environnementales (et les préférences per-sonnelles des salariés pour les bureaux individuels). Des chaises de bureaux qui détecteront la sédentarité trop importante des salariés assis. Des poubelles connec-tées qui seront vidées au meilleur moment et des toilettes qui avertiront l’équipe de nettoyage après un certain nombre de passages pour rationaliser l’entretien du bâtiment. Des parkings intelligents qui vous indiqueront en avance à quelle place vous garer. Des salles de conférence équipées pour des meetings ou des événements en réalité virtuelle. Autant d’innovations qui vont peu à peu construire l’entre-prise de demain. » https://www.sfrbusiness.fr/room/internet-des-objets/ tendances-iot-entreprise-de-demain.html

Non, ce n’est pas un extrait du dernier roman de science-fiction à la mode mais une description peut être encore un peu futuriste sur ce que sera le monde de demain.

Afin de répondre à ces enjeux qui peuvent paraître futiles pour certains et à beaucoup d’autres comme l’imagerie pour des applications médicales ou de sécu-rité défense, la surveillance des pollutions atmosphériques, les avions sans pilote,

Chapitre 4 Projets et perspectives de recherche

les véhicules sans conducteur, ... l’électronique d’aujourd’hui devra encore aug-menter ses fonctionnalités, améliorer ses performances, accroître son intégration, ne consommer que très peu et surtout ne pas couter cher.

L’obtention de telles performances passent par une montée en fréquences des dispositifs et donc une augmentation des densités de puissance dues à une haute intégration. Il m’apparait donc fondamental aujourd’hui pour rester dans l’inno-vation et travailler sur les composants de demain de :

— s’orienter vers les composants térahertz (augmentation des débits, imagerie plus précise,...)

— de développer des méthodes thermiques pour caractériser et améliorer l’effi-cacité énergétique des circuits

— de développer la simulation physique et multiphysiques pour comprendre et créer de nouvelles ruptures technologiques

— développer une électronique à même de combiner le meilleur de plusieurs technologies pour produire rapidement des circuits performants et pas chers. C’est à partir de ces diverses constatations que j’ai choisi d’orienter mes recherches et de proposer les divers projets développés ci-dessous. Je vais m’appuyer pour ce faire sur des projets déjà en place à court terme afin de développer mes perspec-tives mais je proposerai également des projets à plus long terme.

Concernant tout d’abord les défis techniques liés aux aspects thermiques aujour-d’hui, ils concernent essentiellement les composants de puissance de type HEMT GaN mais également les aspects de packaging et l’électronique 3D dans laquelle ils seront insérés demain. La problématique est multiple :

— De par leur fabrication, ils comportent de nombreux matériaux et alliages très variés, GaN, AlGaN, Si, SiC, métal, ...perovskites

— Les longueurs de grilles de plus en plus courtes, les nombres de doigts parfois très élevés, on peut avoir à travailler sur des barrettes

— une dimension verticale du canal de quelques nanomètres qui induit des ef-fets de la géométrie sur les paramètres physiques, les équations physiques à mettre en oeuvre (limite de la loi de Fourier), ...

4.1 Les enjeux de demain ?

— une zone de dissipation de plus en plus petite et enterrée

— des désaccords de mailles qui créent localement entre des couches des dis-continuités de température (résistances de contact)

— ...

Le contenu de ces projets sera développé dans la section 4.2. Il s’agit à la fois de développements permettant d’apporter une solution d’un point de vue indus-triel pour les composants ou circuits de demain, mais également des perspectives nécessitant plus de temps de mise en oeuvre afin de comprendre les phénomènes physiques mis en jeu.

Concernant les défis techniques liés aux aspects électriques liés à la montée en fréquence et en puissance, les nouveaux matériaux employés révèlent de nombreux effets parasites qui, s’ils doivent être subis ou peuvent être corrigés, doivent de toute façon être minimisés et compris :

— effet tunnel classique ou assisté — effet de pièges

— effet de grille courte

— effet de peau des contacts lorsque l’on monte jusqu’aux THz — ...

Les outils de simulation semiconducteurs sont très intéressants dans le sens où ils vont nous permettre de comprendre les différents phénomènes et d’attribuer tel ou tel effet à un matériau, ou à une étape de process (dopage fer par exemple, passi-vation...) et bien entendu faire bénéficier les fondeurs du « reverse engineering ». Il est donc fondamental pour moi de continuer à travailler avec cet environnement. Cela nécessite bien entendu une forte collaboration avec l’industrie et le renfor-cement des laboratoires communs. Les projets multiphysiques seront développés dans la section 4.3.

L’ensemble des projets que je présente nécessitent une solide compétence en thermique, en physique du composant, en technique de mesures spécifiques,... mais

Chapitre 4 Projets et perspectives de recherche

comme je l’ai déjà signalé en introduction, les quantités de connaissances et les expertises à mettre en œuvre dans les domaines concernés sont très vastes. Il ne faudra pas hésiter à s’associer avec d’autres laboratoires afin de répondre aux diverses problématiques multiphysiques. Il faudra sans doute également surpasser le HEMT GaN pour arriver à nos fins. Nous avons donc encore de beaux challenges en perspectives.