Conception et réalisation de commutateurs RF à base de matériaux à transition de phase (PTM) et à changement de phase (PCM)

This research work focuses on the design and realization of RF switches based on the integration of new materials such as vanadium dioxide (VO2), Ge2Sb2Te5 (GST) and GeTe chalcogenides alloys. The operating principle of these devices is based on the resistivity change presented by these materials. VO2 exhibits a Metal-Insulator transition (MIT) around 68°C for which the material changes from an insulating state (high resistivity) to a metallic one (low resistivity). The MIT transition can be triggered in different ways (thermally, electrically and optically) with low switching time. GST and GeTe alloys have the particularity to be reversibly switched between a high resistive-amorphous state to low resistive-crystalline state, under a specific heat treatment. Thanks to the non-volatile resistivity change presented by these materials, GST/GeTe-based switches are able to operate in bistable mode. The fabricated devices exhibit good electrical performances (insertion loss and isolation) over a broadband. The aim of our work is to propose an alternative solution to conventional technologies (semiconductors and RF-MEMS), to design RF switches that can be used afterward in the design of reconfigurable devices (filters, antennas).Ces travaux de recherche portent sur la conception et la réalisation de commutateurs RF basées sur l’intégration de matériaux innovants fonctionnels tels que le dioxyde de vanadium (VO2) et les alliages de chalcogénures de types Ge2Sb2Te5 (GST) et GeTe. Le principe de fonctionnement de ces composants repose sur le changement de résistivité que présentent ces matériaux. Le VO2 possède une transition Isolant-Métal (MIT) autour de 68°C à travers laquelle le matériau passe d’un état isolant (forte résistivité) à un état métallique (faible résistivité). La transition MIT présente l’intérêt de pouvoir être initiée sous l’effet de plusieurs types de stimuli externes (thermique, électrique et optique) avec de faibles temps de commutation. Les alliages de types GST et GeTe ont la particularité de commuter réversiblement entre un état amorphe à forte résistivité à un état cristallin à faible résistivité suite à un traitement thermique spécifique. Les commutateurs à base de GST ou de GeTe présentent l'avantage de pouvoir opérer en mode bistable car le changement de résistivité présenté par ces matériaux est de type non volatile. Les composants réalisés ont de bonnes performances électriques (isolation et pertes d’insertion) sur une large bande. Nos travaux de recherche visent à proposer une solution alternative aux solutions classiques (semi-conducteurs et MEMS-RF) pour réaliser des commutateurs RF qui peuvent être par la suite utilisés dans la conception des dispositifs reconfigurables (filtres, Antennes)

Design and realization of RF switches based on phase transition (PTM ) and phase change (PC M) materials

Ces travaux de recherche portent sur la conception et la réalisation de commutateurs RF basées sur l’intégration de matériaux innovants fonctionnels tels que le dioxyde de vanadium (VO2) et les alliages de chalcogénures de types Ge2Sb2Te5 (GST) et GeTe. Le principe de fonctionnement de ces composants repose sur le changement de résistivité que présentent ces matériaux. Le VO2 possède une transition Isolant-Métal (MIT) autour de 68°C à travers laquelle le matériau passe d’un état isolant (forte résistivité) à un état métallique (faible résistivité). La transition MIT présente l’intérêt de pouvoir être initiée sous l’effet de plusieurs types de stimuli externes (thermique, électrique et optique) avec de faibles temps de commutation. Les alliages de types GST et GeTe ont la particularité de commuter réversiblement entre un état amorphe à forte résistivité à un état cristallin à faible résistivité suite à un traitement thermique spécifique. Les commutateurs à base de GST ou de GeTe présentent l'avantage de pouvoir opérer en mode bistable car le changement de résistivité présenté par ces matériaux est de type non volatile. Les composants réalisés ont de bonnes performances électriques (isolation et pertes d’insertion) sur une large bande. Nos travaux de recherche visent à proposer une solution alternative aux solutions classiques (semi-conducteurs et MEMS-RF) pour réaliser des commutateurs RF qui peuvent être par la suite utilisés dans la conception des dispositifs reconfigurables (filtres, Antennes).This research work focuses on the design and realization of RF switches based on the integration of new materials such as vanadium dioxide (VO2), Ge2Sb2Te5 (GST) and GeTe chalcogenides alloys. The operating principle of these devices is based on the resistivity change presented by these materials. VO2 exhibits a Metal-Insulator transition (MIT) around 68°C for which the material changes from an insulating state (high resistivity) to a metallic one (low resistivity). The MIT transition can be triggered in different ways (thermally, electrically and optically) with low switching time. GST and GeTe alloys have the particularity to be reversibly switched between a high resistive-amorphous state to low resistive-crystalline state, under a specific heat treatment. Thanks to the non-volatile resistivity change presented by these materials, GST/GeTe-based switches are able to operate in bistable mode. The fabricated devices exhibit good electrical performances (insertion loss and isolation) over a broadband. The aim of our work is to propose an alternative solution to conventional technologies (semiconductors and RF-MEMS), to design RF switches that can be used afterward in the design of reconfigurable devices (filters, antennas)

PCM, PTM and MEMS switches for future microwave and millimeter wave applications

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Caractéristiques électriques de dispositifs MIM intégrant un film mince de dioxyde de vanadium

National audienceNous présentons les caractéristiques structurales, électriques et optiques de couches minces d'un matériau présentant une transition isolant - métal à savoir le dioxyde de vanadium. Nous présentons également la fabrication d'un dispositif à deux terminaux (2T) en configuration MIM à base de VO2 ainsi que sa caractéristique courant tension (I-V) en mode tension et en mode courant

INNOVATIVE SWITCHING TECHNOLOGIES FOR FUTURE TUNABLE WIRELESS COMMUNICATIONS SYSTEMS

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Out-of-Plane and Inline RF Switches based on Ge2Sb2Te5 Phase-Change Material

International audienceWe present the fabrication and characterization of novel RF switches based on Ge2Sb2Te5 (GST) phase change material. Such ohmic devices show non-volatile switching with resistivity changes up to 105 as the material is transforming between the amorphous and the crystalline state by either applying a voltage pulse or direct heating. We investigated the RF properties and power handling of such devices in two configurations: out-of-plane (GST material between two electrodes) and inline switches. For a directly heated 10-mu length inline switch we measured an on-state resistance of 7 Ohm, and an off-state capacitance and resistance of 13.7 fF and 6.47 MOhm, respectively, resulting in a cut-off frequency of ~1.6 THz

Commutateurs planaires RF/ micro-ondes à base de matériaux à changement de phase type Ge2Sb2Te5

National audienceNous présentons la fabrication et la caractérisation de nouveaux commutateurs RF/ micro-ondes basés sur l'intégration d'un matériau à changement de phase (MCP), à savoir le Ge2Sb2Te5 (GST). Le dispositif de type ohmique présente un changement réversible de résistivité (plusieurs ordres de grandeur) quand le matériau passe d'un état amorphe à un état cristallin sous l'effet d'un sti-mulus thermique ou électrique. Nous avons étudié les pro-priétés RF ainsi que la tenue en puissance de commuta-teurs planaires intégrant des motifs de GST de 10 µm de longueur

Bistable RF Switches Using Ge2Sb2Te5 Phase Change Material

International audienceThis paper presents the design, fabrication and characterization of Ge2Te2Sb5-based phase change material RF switches. The material exhibits non-volatile reversible amorphous to crystalline phase change with resistivity changes up to 105 orders of magnitude. Being non-volatile, these RF switches do not require permanent bias to be maintained in a given state. We present the design of a 4-terminal RF switch integrating an indirect heating system to induce amorphous to crystalline phase change of the material. The measured figure of merit FOM (Ron× Coff) is about 450 fs, which is comparable to FOM obtained for SOI and SOS technologies, without permanent bias

Commutateurs RF à base de matériaux à transition de phase isolant- métal

National audienceNous présentons la fabrication et la caractérisation de commutateurs RF/microondes basés sur la transition isolant-métal (MIT) que présente le dioxyde de vanadium (VO2). Un tel commutateur ohmique présente un changement de résistivité réversible de plusieurs ordres de grandeur quand le VO2 passe d'un état isolant à un état métallique sous l'effet d'un stimulus thermique ou électrique. Nous présentons les performances RF d'un tel commutateur planaire à deux terminaux séparés par un motif de VO2 d'une longueur variant de 3 à 20 µm, intégré sur un guide coplanaire micro-ondes, lors d’une activation thermique et électrique du motif de VO2

Etude et réalisation de commutateurs RF bistables intégrant des matériaux à changement de phase de type Ge2Sb2Te5

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