La lumière pour relier deux univers

7 février 2019, 14:04
La lumière pour relier deux univers
La lumière pour relier deux univers
Des chercheurs de l’université de Twente (Pays-Bas) ont réussi à connecter deux éléments d’une puce électronique par une liaison optique. Ce lien est nécessaire, par exemple, lorsqu'un élément traite des signaux numériques alors que l’autre fonctionne avec des tensions ou des puissances beaucoup plus fortes. Il est préférable, dans ce cas, qu'il n’y ait pas de liaison galvanique entre les deux. Une solution possible consiste à utiliser une connexion optique, mais elle n’est malheureusement pas facile à réaliser.

Séparation galvanique

Dans une puce électronique, la séparation galvanique est réalisée à l’aide d'une connexion optique : deux univers très différents peuvent ainsi communiquer l'un avec l'autre, mais sans liaison électrique. Il est ainsi possible, par exemple, d'éviter qu'un composant de puissance n’ait des effets indésirables sur une commande numérique. Les applications possibles pour ces circuits intégrés, concernent, par exemple, l'industrie automobile, le médical ou l’électronique de puissance intelligente. Pour effectuer cette connexion optique, les ingénieurs utilisent aujourd'hui les photocoupleurs, constitués de circuits intégrés distincts et relativement encombrants. Le nouveau type de photocoupleur développé vient s'intégrer dans la puce électronique, n'occupe pas plus de 0,008 mm² et consomme très peu d'énergie.

Connexion inversée

Incorporer une source lumineuse dans les éléments d'une puce électronique est loin d'être simple. Les matériaux nécessaires sont souvent spécifiques et incompatibles avec le processus de production standard des composants CMOS. Le silicium n'est pas en lui-même une source lumineuse de qualité. Une LED incorporée dans une puce électronique rayonnerait dans l'infrarouge et offrirait un rendement insuffisant, outre la médiocre qualité de la détection optique du silicium. Tout ceci n'est pas très engageant pour une connexion pleinement fonctionnelle. En réalité, il est possible d'obtenir de meilleurs résultats en connectant la LED à l'envers. Nous obtenons alors un effet d'avalanche, qui produit de la lumière visible. Il est possible de réaliser ainsi un détecteur optique où apparaît une avalanche d'électrons lorsque le composant est atteint par un ou plusieurs photons.

Une conception ingénieuse

Sur le principe, aucun problème. En revanche, la difficulté consiste à commander la LED et le détecteur pour qu'ils fonctionnent dans la région appropriée. Il est donc nécessaire de concevoir une électronique ingénieuse pour les contrôler. Quelle est la quantité de lumière nécessaire pour une connexion efficace ? Quelle est la tension permettant à une AMLED (LED en mode avalanche) et une SPAD (diode à avalanche à détection de photon unique) de fonctionner de manière optimale ? Quelle serait la meilleure position de ces deux composants sur une puce électronique ? Vishal Agarwal, qui a reçu son diplôme de doctorat le 16 janvier 2019 pour cette recherche, a conçu une puce électronique capable d'atteindre un débit de 1 Mb/s avec une consommation d'énergie minimale. Même si les spécifications sont déjà excellentes pour un certain nombre d'applications, Vishal Agarwal souhaite multiplier la vitesse au moins par dix.

Source : Université de Twente (Pays-Bas)
 
Vidéo : Université de Twente
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