Lettre du LAAS

Publication trimestrielle du Laboratoire
d'analyse et d'architecture des systèmes du CNRS

Depuis la découverte des nanotubes de carbone en 1991 par Sumio Iijima et de leurs fascinantes caractéristiques électriques et mécaniques, de nombreuses études ont visé leurs utilisations dans toutes sortes d?applications et notamment en électronique (réalisation de diodes et transistors rapides, RAM à haut degré d?intégration, ?).Dans ce contexte, nous avons proposé d?axer nos travaux de recherche vers l?utilisation de nanotube de carbone pour la réalisation de fonctions électromécaniques pour des applications hyperfréquences (RF-NEMS) aux fonctionnalités et performances en rupture avec les technologies traditionnelles.En effet de part les propriétés mécaniques et électriques exceptionnelles des nanotubes de carbone, de tels systèmes permettraient d?améliorer les performances des composants Micro-Électromécanique (RF-MEMS), déjà attractives par rapport aux solutions à base semi-conducteurs pour bons nombres d?applications.Une première partie de nos travaux a ainsi été dédiée à l?étude des propriétés des nanotubes de carbone et des architectures de composants pouvant potentiellement conduire à des composants RF-NEMS aux performances et fonctionnalités augmentées. A l?issu de cette étude nous avons non seulement proposé des architectures de composants tirant au mieux partie des caractéristiques attrayantes des nanotubes de carbone, mais aussi défini les verrous techniques à lever afin de permettre un prototypage efficace de ces derniers.La seconde partie de nos travaux a ainsi porté sur le développement de méthodes de modélisation et de protocoles de conception spécifiquement adaptés : ? à l?échelle nanométrique des nanotubes de carbone,? au caractère multi-échelle des composants associés (3 à 4 décades de différences entre les dimensions au sein d?un même composant),? au caractère multi-physique (couplage électromagnétique ? électrostatique ? mécanique) présentés par ce type de composants.Un logiciel, que nous avons spécifiquement développé, permet ainsi la modélisation et le prototypage efficace des structures NEMS permettant la prédiction tant électromécanique qu?électrostatique du comportement des composants à base de nanotubes de carbone tant individuel que mis en réseau. Cet outil, validé par des résultats expérimentaux et des simulations en éléments finis réalisées sur un logiciel commercial, nous a ainsi permis de concevoir et de prédire les performances d?une capacité variable à base de nanotubes de carbone, dont nous avons démontré la viabilité contournant ainsi la forte résistance présenté par un nanotube unitaire (une des problématiques fortes de la technologie ?nanotubes de carbone?).Enfin, nous avons proposé les architectures et les prototypages de fonctions hyperfréquences plus complexes telles qu?une capacité variable dont la valeur dépend linéairement de la tension de commande et d?un déphaseur accordable. Pour ces 2 circuits, les performances, prédites par les outils que nous avons mis en place, démontrent ainsi l?attrait des nanotubes de carbone pour la réalisation de fonctions d?accord évoluées et performantes, avec un fort potentiel attendu au niveau de temps de réaction (se situant dans le domaine de la nanoseconde).Nos travaux ouvrent ainsi sur l?intégration de diverses fonctions dédiées aux traitements de signaux hyperfréquences (filtrage, déphasage?) réalisées à base de nanotubes de carbone qui sont à la fois performantes et reconfigurables et dont les temps de réaction permettent d?envisager des accordabilités en temps réels.