Projet ANR-10-BLAN-0304 – MIGRAQUEL : Electronique Quantique Microonde au Graphène
Programme : Sciences de l'information, de la matière et de l'ingénierie : Matériels et logiciels pour les systèmes, les calculateurs, les communications (Blanc SIMI 3) 2010
Année de financement : 2010
Coordinateur du projet : Monsieur Bernard Placais (CNRS - DELEGATION REGIONALE ILE-DE-FRANCE SECTEUR PARIS B)
Partenaires : Laboratoire de Photonique et de Nanostructures; Laboratoire Pierre Aigrain; Institut d'Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie; Institut d'Électronique Fondamentale
Montant : 876397.0 euros
Date de début : 2010
Durée : 40 mois
Résumé : Le projet MIGRAQUEL d’Electronique Quantique Microonde au Graphène s’intéresse aux possibilités nouvelles offertes par le graphène dans le domaine des transistors ultra-rapides bas bruit, basse puissance. Ces prévisions reposent sur la haute mobilité, la grande vitesse de Fermi, les forts courants et la bonne conductivité thermique du graphène. L’aspect modulable du nombre de canaux de transport et l’accès réellement nanométrique des grilles au canal ouvrent la voie à un régime de transport où la conductance, la transconductance et la capacité de grille approchent la limite quantique. Les dispositifs à base de carbone sont ainsi des systèmes modèles de choix pour la physique quantique mésoscopique. Le concept nouveau apporté par le graphène est celui de Fermion de Dirac (FD), associé à sa structure « nid d’abeille », qui est caractérisé par une forte diffusion électronique vers l’avant due au Tunneling de Klein. Bien étudiés à la limite dc, les FDs peuvent être utilisés pour réaliser des dispositifs innovants RF et micro-onde. 
	MIGRAQUEL propose une approche globale originale intégrant la production de couches de haute mobilité, la fabrication de nano-dispositifs ultimes, le transport sous champ magnétique, et la caractérisation RF, diffusion et bruit, ainsi que la modélisation théorique.   
Les échantillons de haute mobilité seront produits par exfoliation, croissance CVD ou graphitisation de SiC sur des substrats variés rigides et souples, adaptés RF. Une variété de dispositifs micro-ondes, basés sur une architecture de transistor à grille chapeautante sur oxyde ultrafin, sera fabriquée par nano-lithographie et gravure. Les simulations, basées sur une technique de fonctions de Green hors-équilibre, permettront de calculer les caractéristiques micro-onde des dispositifs et leur bruit en géométrie réaliste. En retour, ceci permettra d’optimiser les dessins et fabrication afin d’atteindre l’objectif de produire des amplificateurs bas bruit dans la bande W avec des fréquences de transit dépassant 100 GHz et des figures de bruit < 1dB.  
	Deux démonstrateurs seront réalisés. Le premier est un détecteur de charge pulsée unique nanoseconde (GHz) exploitant la haute mobilité des feuilles et rubans de graphène et le couplage grille ultime dans une architecture de transistor à grille empilée. La bande passante GHz apportera un gain d’un facteur dix sur la vitesse des détecteurs d’électrons uniques. Elle ouvrira la porte à la réalisation d’expériences mono-coup dans le régime quantique qui est un domaine en pleine évolution. Le second vise à contourner le Tunneling de Klein qui restreint considérablement les capacités de commutation des dispositifs au graphène.  Deux solutions très innovantes, décrites dans le document, seront testées pour produire des barrières tunnel locales modulables. 	 
	Une originalité de MIGRAQUEL est de coupler  mesures de transport et mesures optiques. Un dispositif sous pointe cryogénique sera mis au point permettant les mesures conjointes des propriétés de transmission RF, de thermométrie de bruit et de micro-spectroscopie Raman. Il permettra de comparer in situ les distributions des électrons et des phonons hors équilibre. Cette approche apportera des informations nouvelles sur les processus de dissipation en jeu dans ces nano-dispositifs. L’expérience permettra aussi une exploration des possibilités de photo-détection rapide du graphène. 
	MIGRAQUEL vise à donner une impulsion nouvelle à la communauté française dans la forte compétition internationale qui sévit, notamment avec les labos US. L’angle d’attaque choisi de la dynamique micro-onde est directement pertinent pour les applications sur la marché en plein développement des transistors RF pour les radars, les télécommunications.