Projet ANR-11-ASTR-0021 – OSCCAR-2 : Oscillateurs de très hautes stabilité et pureté spectrale à résonateurs à ondes élastiques guidées sur Substrats Composite à base de CARbone-diamant nano-cristallin : Phase 2
Programme : Accompagnement Spécifique de Travaux de Recherches et d'Innovation Défense (ASTRID) 2011
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur William DANIAU (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE CENTRE-EST)
Partenaires : APPLICATION RECHERCHE ELECTRONIQUE; Franche-Comté Électronique Mécanique Thermique et Optique- Sciences et Technologies; Institut Jean Lamour; Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies; THALES ALENIA SPACE FRANCE; Laboratoire X-LIM
Montant : 292134.0 euros
Durée : 36 mois
Résumé : Les résonateurs à ondes de surface sont utilisés pour la stabilisation en fréquence des oscillateurs électriques dans la bande de fréquence 50 MHz – 4 GHz. Le besoin de résonateurs à ondes de surface (ROS) à des fréquences voisines ou supérieures au GigaHertz (GHz) présentant de faibles pertes d’insertion pour la réalisation d’oscillateurs de niveau de bruit de phase à 10 kHz de la porteuse maîtrisé inférieur à –135 dBc/Hz s’inscrit dans le développement de systèmes de détection embarqués de haute résolution (applications Radar). Compte tenu de l’état de l’art, des spécifications techniques et des contraintes dimensionnelles imposées pour ce type d’application, un tel oscillateur ne peut être réalisé qu’à l’aide d’un composant passif à ondes élastiques guidées, permettant ainsi d’envisager une solution viable et industriellement pertinente. Jusqu’à présent, seuls des matériaux mono-cristallins de très haute qualité structurelle et de composition maîtrisée ont permis les coefficients de qualité attendus, c’est à dire des produits QF (coefficient de qualité × fréquence) égaux voire supérieurs à 10^13. Néanmoins, les vitesses de propagation des ondes ainsi exploitées (ondes de Rayleigh, ondes de cisaillement transverses) ne dépassent pas les 5000 m.s-1. Compte tenu des limites technologiques des filières industrielles actuelles, particulièrement en termes de résolution de l’étape de lithographie pour la réalisation du transducteur d’excitation, fondé sur des peignes inter-digités périodiques, il n’est guère envisageable de dépasser les 3 GHz, ce qui nous place encore loin des bandes SHF (3-30 GHz) utilisées pour la défense et le spatial. Cependant, la possibilité de disposer de sources directement ajustées à la fréquence de travail permet de simplifier l'architecture des systèmes les hébergeant et de réduire les bruits additifs liés à toute opération de multiplication de fréquence.
Dans le cadre de la Recherche Exploratoire Innovante (REI)/DGA n° 636974 0680238016, des résonateurs à ondes élastiques guidées sur substrats composites à base de couches de ZnO sur carbone-diamant nano-cristallin ont été développés pour mettre en place une solution capable de répondre aux besoins de sources très hautes fréquences (de 1 GHz jusqu’à la bande X) de grandes pureté spectrale, stabilité court terme et de faible bruit de phase au voisinage de la porteuse compatibles avec les applications Radar embarquées. Les ondes ainsi excitées présentent des vitesses de propagation pouvant dépasser les 10000 m.s-1, soit deux fois plus que les mono-cristaux classiquement utilisés pour les applications sources. Le projet OSCCAR a été organisé en deux phases destinées respectivement à des fins de détermination et caractérisation des solutions pertinentes (phase 1) et de leur pré-industrialisation (phase 2). La phase 1 a été soutenue par la DGA et effectuée dans le cadre de la REI n° 636974 0680238016. Dans ce cadre, l’utilisation de couches de carbone-diamant nano-cristallin ayant permis la réalisation de résonateurs à des fréquences voisines de 4 GHz présentant des produits QF de 3.10^12 s’est révélée cruciale pour démontrer le bien-fondé de l'approche. Nous proposons donc dans le contexte présent le développement de la phase 2 du projet, avec comme objectif central la démonstration de la viabilité industrielle d’un oscillateur à base des substrats étudiés précédemment et de son intérêt applicatif. Pour atteindre ce but, nous prévoyons une première étape de réalisation d'une source à 5 GHz permettant de régler les problèmes liés au conditionnement dur ROS (découpe de la puce, mise en boîtier), cette opération étant rendue complexe par l'usage de substrat épais de diamant. Par ailleurs, nous nous attacherons à optimiser la sensibilité des dispositifs aux effets paramétriques. Une fois ces aspects résolus, nous mettons en œuvre un résonateur en bande X que nous caractériserons pour une comparaison exhaustive avec l'état de l'art pour le spatial et la défense.