Des chercheurs réalisent une percée dans la technologie des semi-conducteurs qui devrait dynamiser la livraison 6G

Les voitures autonomes qui éliminent les embouteillages, l’obtention instantanée d’un diagnostic médical sans quitter votre domicile ou le contact de vos proches basés à travers le continent peuvent sembler relever de la science-fiction.

Mais une nouvelle recherche , menée par l'Université de Bristol et publiée aujourd'hui dans la revue Nature Electronics , pourrait rapprocher tout cela et bien plus encore de la réalité grâce à une avancée radicale dans la technologie des semi-conducteurs.

Ces concepts futuristes reposent sur la capacité de communiquer et de transférer d'importants volumes de données bien plus rapidement que les réseaux existants. Les physiciens ont donc développé une méthode innovante pour accélérer ce processus entre des dizaines d'utilisateurs, potentiellement répartis dans le monde entier.

Martin Kuball, co-auteur principal et professeur de physique à l'Université de Bristol, a déclaré : « Au cours de la prochaine décennie, des technologies jusqu'alors presque inimaginables pourraient transformer un large éventail d'expériences humaines. Les avantages potentiels sont également considérables, notamment les avancées dans les soins de santé avec le diagnostic et la chirurgie à distance, les classes virtuelles et même le tourisme de vacances virtuel. »

De plus, les systèmes avancés d'aide à la conduite offrent un potentiel considérable pour améliorer la sécurité routière et l'automatisation industrielle, gage d'une plus grande efficacité. La liste des applications possibles de la 6G est infinie, la seule limite étant l'imagination humaine. Nos découvertes innovantes en matière de semi-conducteurs sont donc extrêmement prometteuses et contribueront à accélérer et à accélérer ces développements.

Il est largement admis que le passage de la 5G à la 6G nécessitera une mise à niveau radicale de la technologie des semi-conducteurs, des circuits, des systèmes et des algorithmes associés. Par exemple, les principaux composants semi-conducteurs concernés, à savoir les amplificateurs radiofréquence fabriqués à partir d'un conducteur exceptionnel appelé nitrure de gallium (GaN), doivent être beaucoup plus rapides, émettre une puissance supérieure et être plus fiables.

L'équipe de scientifiques et d'ingénieurs internationaux a testé une nouvelle architecture, propulsant ces amplificateurs GaN spéciaux vers des sommets sans précédent. Ce résultat a été obtenu grâce à la découverte d'un effet de verrouillage dans le GaN, qui a permis d'améliorer considérablement les performances des dispositifs radiofréquences. Ces dispositifs de nouvelle génération utilisent des canaux parallèles qui nécessitent ensuite l'utilisation d'ailettes latérales inférieures à 100 nm – un type de transistor qui contrôle le flux de courant traversant les dispositifs.

Le Dr Akhil Shaji, co-auteur principal et chercheur associé honoraire à l'Université de Bristol, a expliqué : « Nous avons testé, en collaboration avec des collaborateurs, une technologie de transistors à effet de champ à super-réseau (SLCFET), dans laquelle plus de 1 000 ailettes d'une largeur inférieure à 100 nm contribuent à la conduction du courant. Bien que les SLCFET aient démontré les meilleures performances dans la bande de fréquences W, soit entre 75 gigahertz et 110 GHz, la physique sous-jacente était inconnue. »

« Nous avons reconnu qu'il s'agissait d'un effet de verrouillage dans le GaN, qui permet d'obtenir des performances radiofréquence élevées. »

Les chercheurs ont ensuite dû localiser précisément l'endroit où cet effet se produisait, en utilisant simultanément des mesures électriques ultra-précises et la microscopie optique, afin de pouvoir l'étudier et le comprendre plus en détail. Après avoir analysé plus de 1 000 nageoires, les résultats ont permis de localiser cet effet sur la nageoire la plus large.

Le professeur Kuball, également titulaire de la chaire de technologies émergentes de la Royal Academy of Engineering, a ajouté : « Nous avons également développé un modèle 3D à l'aide d'un simulateur afin de valider nos observations. Le défi suivant consistait à étudier les aspects de fiabilité de l'effet de verrouillage pour des applications pratiques. Les tests rigoureux du dispositif sur une longue période ont montré qu'il n'avait aucun effet néfaste sur sa fiabilité ou ses performances. »

Nous avons constaté qu'un facteur clé de cette fiabilité résidait dans la fine couche de revêtement diélectrique entourant chaque ailette. Mais le principal enseignement était clair : l'effet de verrouillage peut être exploité pour d'innombrables applications pratiques, ce qui pourrait transformer la vie des gens de multiples façons dans les années à venir.

Les prochaines étapes des travaux porteront sur l'augmentation de la densité de puissance des appareils, afin qu'ils puissent offrir des performances encore supérieures et desservir un public plus large. Des partenaires industriels commercialiseront également ces appareils de nouvelle génération.

Les chercheurs de l’Université de Bristol sont à l’avant-garde de l’amélioration des performances et de l’efficacité électriques dans un large éventail d’applications et de paramètres différents.

Le professeur Kuball dirige le Centre de thermographie et de fiabilité des dispositifs (CDTR) , qui développe des dispositifs électroniques à semi-conducteurs de nouvelle génération pour la neutralité carbone, ainsi que pour les technologies de communication et de radar. Il travaille également à l'amélioration de la gestion thermique, des performances électriques et de la fiabilité des dispositifs, grâce à l'utilisation de semi-conducteurs à large et ultra-large bande interdite.

https://www.bristol.ac.uk/news/2025/may/semiconductor-breakthrough.html