fr.wedoany.com Rapport : L'organisation de recherche FAST Labs de BAE Systems a achevé la première phase du projet « Technologies for Heat Removal in Electronics at the Device Scale » (THREADS) de l'Agence américaine pour les projets de recherche avancée de défense (DARPA) et a été sélectionnée pour la deuxième phase. Ce projet se concentre sur les défis de dissipation thermique des dispositifs en nitrure de gallium (GaN), largement utilisés dans les systèmes de radar haute performance, de guerre électronique et de communication.

L'augmentation de la puissance des transistors radiofréquence génère davantage de chaleur ; si cette chaleur ne peut pas être évacuée efficacement, les performances et la fiabilité des transistors diminuent. C'est pourquoi les dispositifs électroniques ont souvent du mal à fonctionner à leur limite de puissance théorique. La DARPA a lancé le projet THREADS dans le but de résoudre le problème de dissipation thermique à l'intérieur même du dispositif, plutôt que de simplement ajouter des systèmes de refroidissement conventionnels à l'extérieur. Ce projet présente deux défis techniques majeurs : premièrement, réduire la résistance thermique interne du transistor tout en préservant ses performances électriques ; deuxièmement, extraire efficacement la chaleur des zones de transistors à haute puissance sans dégrader les performances radiofréquence.

Le GaN est un semi-conducteur à large bande interdite qui peut fonctionner à des densités de puissance et des fréquences plus élevées, ce qui le rend adapté aux radars modernes à réseau actif à balayage électronique (AESA) et aux systèmes de guerre électronique. La DARPA a précédemment indiqué que la densité de puissance du GaN a été multipliée par plus de cinq par rapport aux technologies de transistors antérieures, mais qu'il existe encore une marge de progression théorique plus importante si le goulot d'étranglement thermique peut être surmonté. L'objectif du projet THREADS de la DARPA est de réduire la résistance thermique d'un facteur huit et d'atteindre une densité de puissance de 81 W/mm pour les transistors en bande X et les dispositifs de test d'amplificateurs de puissance.

La résolution du problème de dissipation thermique a un impact significatif sur les performances au niveau système. La DARPA a précédemment estimé que la résolution des limitations thermiques pourrait multiplier par deux à trois la portée de détection des radars. Selon la dernière mise à jour de l'agence, les participants au projet THREADS ont multiplié par environ cinq la densité de puissance radiofréquence par rapport à l'état de l'art actuel au cours de la première phase, ce qui équivaut à environ doubler la portée de détection des radars tout en maintenant la fiabilité requise pour un usage opérationnel. Cependant, tous les radars utilisant la technologie THREADS ne verront pas automatiquement leur portée doubler ; les performances réelles du radar dépendent également de facteurs tels que les caractéristiques de l'antenne, la fréquence, la taille de la cible, les conditions atmosphériques et le traitement du signal.

BAE Systems fait progresser ces travaux dans son centre de microélectronique de Nashua, dans le New Hampshire, qui développe et fabrique des circuits intégrés en GaN et en arséniure de gallium pour des applications de défense. Son projet THREADS est mené en collaboration avec Modern Microsystems ainsi qu'avec des chercheurs de l'Université d'État de Pennsylvanie, de l'Université Stanford, de l'Université Notre Dame et de l'Université du Texas à Dallas.

Le projet THREADS fait partie d'une recherche à long terme visant à améliorer les capacités de dissipation thermique des dispositifs électroniques en GaN. La DARPA a précédemment démontré des transistors GaN sur substrat diamant dans le cadre du projet « Near Junction Thermal Transport », exploitant la conductivité thermique élevée du diamant pour réduire la température de jonction des transistors. THREADS s'appuie sur ces travaux pour approfondir la recherche sur les matériaux, les structures de dispositifs et les méthodes de dissipation thermique directement au niveau du transistor. Pour BAE Systems, passer à la deuxième phase signifie passer de la recherche préliminaire au développement et à la validation plus poussés des solutions techniques, avec pour objectif final non seulement d'obtenir des transistors à température plus basse, mais de réaliser des dispositifs radiofréquence capables de produire une puissance nettement supérieure sans augmentation de volume, sans perte de fiabilité et sans contraintes thermiques.