Revista si suplimente
MarketWatch
Inapoi Inainte

Pe drumul electronicii viitorului în Horizon 2020: NANOSMART și NANOPOLY, două proiecte state-of-the-art ale IMT-București

21 Septembrie 2022



Pentru colectivul de cercetare din Laboratorul 4 al IMT-București (Laboratorul de Microsisteme și componente microprelucrate de microunde și unde milimetrice), anul 2018 a fost „annus mirabilis” în care au fost câştigate mai multe proiecte (în calitate de parteneri) încadrul programului european Horizon 2020, iniţiat în 2014. Cum în aceste competiţii rata de succes este de sub 5%, performanța reuşită de IMT-Bucureşti este deosebită. Aducem în prim-plan două dintre ele, demarate la 1 Ianuarie 2019 și aflate în etapa finală de realizare: propunerea H2020-ICT-2018-2020 „NANO-SMART” şi propunerea H2020-FETOPEN-2018-2020 „NANOPOLY”, ambele având drept coordonator compania Thales SA (TRT), Franţa, şi, din partea IMT-București, pe dr. Mircea Dragoman, în calitate de responsabil de proiect. Proiectele sunt reprezentative pentru dezvoltarea electronicii viitorului şi a meta-electronicii și au generat până în prezent rezultate promiţătoare.



Este de la sine înţeles că astfel de proiecte de mare amploare necesită multi- şi interdisciplinaritate care pot fi atinse numai prin legături solide cu alte realităţi internaţionale de cercetare, fie institute sau universităţi, fie companii cu precădere mari, dar şi aşa-zisele SMEs (small and medium-sized enterprises), care întruchipează potenţialul de exploatare industrială a soluţiilor inovative propuse în cadrul unui proiect de cercetare. Din acest motiv, fiecare consorţiu este alcătuit din mai mulţi parteneri din diferite state.

În ciuda dificultăţilor intrinsece ale fiecărui proiect din punct de vedere tehnologic şi din cauza întârzierilor în fabricarea şi caracterizarea experimentală, ca urmare a efectelor pandemice, rezultatele obţinute în cadrul NANOSMART şi NANOPOLY sunt cu atât mai mult remarcabile. Activitatea de diseminare a produs numeroase articole cotate în reviste ISI şi cereri de brevete.
În următoarele paragrafe, vom descrie în extenso câteva dintre rezultatele obţinute de IMT până în acest moment.

♦ Proiect ICT „NANO components for electronic SMART wireless systems”, acronim NANOSMART (2019 - 2023), https://project-nanosmart.com/
Coordonatorul proiectului este THALES SA (Franţa). Consorţiul este format din 9 parteneri din 7 state: FORTH-Heraklion (Grecia), IMT-București (România, responsabil dr. M. Dragoman), Chalmers (Suedia), SHT (Suedia), UnivPM (Italia), ESPCI (Franţa), RF Microtech (Italia), Tyndall (Irlanda), ICN2 (Spania).
În lumea modernă comunicaţiile fără fir şi telefonia mobilă au devenit foarte importante. Pentru a menţine această tendinţă, sunt necesare dispozitive electronice analogice de frecvența înaltă, care să fie cât mai mici şi cât mai complexe.
Ţinta principală a proiectului NANO-SMART este dezvoltarea tehnologiei pentru generațiile viitoare de astfel de dispozitive, prin crearea unei platforme inteligente de telecomunicaţii folosind unele nanomateriale avansate, precum nanotuburi de carbon (CNTs = carbon nanotubes) şi materiale bidimensionale (2D = two-dimensional) pentru a depăşi limitările intrinsece ale tehnologiei pe bază de siliciu. Integrarea monolitică a tuturor componentelor prevăzute în proiect într-un modul de transmisie/recepţie (T/R) beneficiază de trei senzori (interferenţe electromagnetice, umiditate şi temperatură) care conferă modulului T/R caracteristici inteligente de reconfigurare în timp real faţă de stimuli externi. Aceste module T/R monolitice trebuie să aibă funcţionalităţi de comutare în radiofrecvenţă, controlul puterii şi eficiență energetică ridicată, în condiţiile unei reduceri drastice a ariei circuitelor şi costului de fabricaţie a acestora în raport cu soluţiile disponibile pe piaţă în acest moment.

Noua platforma tehnologică dezvoltată în cadrul NANOSMART răspunde acestei nevoi dezvoltând un nou tip de nano-electronică, bazată pe cele mai promiţătoare tehnologii menite să înlocuiască siliciul în electronica viitorului.
Colectivul din IMT-București este implicat în proiectarea, modelarea, fabricarea şi testarea unor componente realizate pe bază de nanotehnologii, care sunt parte din platforma „inteligentă” propusă ca demonstrator final al proiectului: această platformă include (sub-)circuite electronice pe bază de nanomateriale şi senzori „inteligenţi” pentru sisteme cu noi funcţionalităţi de interacţiune autonomă cu mediul înconjurător (aplicaţii biomedicale, de asistenţă pentru persoane în vârstă, de detecţie a temperaturii şi umezelii în avioane de ultimă generaţie etc.).
În timpul proiectului, membrii colectivului L4 au proiectat, fabricat şi validat experimental mai multe componente folosite pentru demonstratorul final. Soluţiile propuse se bazează pe cele mai avansate tehnici de fabricare, inclusiv în domeniul nanolitografiei avansate (colectivul condus de dr. Adrian Dinescu). Enumeram aici cele mai semnificative rezultate:

♦ primele filtre trece-jos, trece-sus şi trece-bandă în microunde (banda 8.2-12.4 GHz) pe bază de capacitori cu capacitate variabilă (varactors), fabricaţi prin nanolitografie şi cu o matrice densă de CNTs crescute vertical şi actuate prin aplicarea unei tensiuni de polarizare mici (până în 4 volţi). Succesul în controlul strict asupra creşterii verticale a CNTs a fost cea mai importantă realizare pentru acest tip de componente şi a fost posibil datorită unei colaborări sinergice între TRT şi IMT-Bucuresti, care a pus la dispoziţie „know-how”-ul dobândit în proiectarea şi fabricarea unor sisteme în microunde pe bază de nanotehnologii;

♦ primele antene şi reţele de antene de tip patch cu grafenă nanocristalină (NCG = nanocrystalline graphene) având frecvenţa de operare în banda ISM 24 GHz (ISM = Industrial, Scientific and Medical, banda 24-24.25 GHz). Aceste antene se remarcă prin caracterisiticile lor reconfigurabile în termeni de frecvenţă de rezonanţă şi câştig prin aplicarea unei tensiuni de polarizare (de cel mult ±25 volţi) pe filmul de NCG, astfel permiţând un control îmbunătăţit asupra sistemelor de telecomunicaţii bazate pe radar de tip FM-CW (Frequency-Modulated Continuous-Wave) şi folosite în reţelele moderne de monitorizare în spaţiu închis a parametrilor biologici recoltaţi de senzori aplicaţi pe utilizatori/pacienţi. În acest caz, activitatea de cercetare a fost realizată în întregime în laboratoarelor IMT-București, inclusiv creşterea şi caracterizarea NCG-ului;

♦ senzori de interferenţe electromagnetice pe bază de diode tip metal-izolator-metal (MIM = metal-insulator-metal), în care izolatorul este un strat subţire (mai mic decât 4 nm) de oxid de hafniu, şi care are o frecvenţă de tăiere până la sutele de GHz. Aceste diode au fost rezultatul unei colaborări strânse cu FORTH-Heraklion.
Toate componentele de mai sus pot fi integrate monolitic în platforma inteligentă NANOSMART.

♦ Proiect H2020 FETOPEN „Artificial permittivity and permeability engineering for future generation sub wavelength analogue integrated circuits and systems”, acronim NANOPOLY (2019 - 2023), https://project-nanopoly.com/
Coordonatorul proiectului este THALES SA (Franţa). Consorţiul este format din 7 parteneri din 6 state: FORTH-Heraklion (Grecia), IMT-București (România, responsabil dr. Mircea Dragoman), IHP GMBH (Germania), CEA (Franţa), UnivPM (Italia), ICN2 (Spania), RF Microtech (Italia).
NANOPOLY propune o metodă revoluţionară, dar rentabilă, pentru controlul asupra impedanţei şi fenomenelor parazite în componentele unui circuit integrat monolitic, prin reconfigurarea valorilor permitivităţii electrice şi ale permeabilităţii magnetice (ale straturilor integrate) mult peste valorile lor naturale.
Această abordare va redefini toate componentele utilizate în proiectarea circuitelor analogice existente, indiferent de tehnologie. NANOPOLY implementează acest concept pe tehnologia existentă (cum ar fi SiGe) și foloseşte, de asemenea, materiale 2D noi cu mobilitate mare, pentru a contrabalansa grosimea extrem de redusă şi transferabilitatea materialelor cu optimizarea impedanţei, astfel obţinând performante nemaintalnite ale componentelor electronice. Această abordare (de a combina meta-materiale cu materiale 2D) vizează realizarea unui concept cu totul nou, acela al meta-electronicii, care promite realizarea unei platforme alcătuită din circuite cu dimensiuni nanometrice şi cu performanţe net superioare, care pot fi folosite în viitoarele aplicaţii analogice precum produse electronice de consum miniaturizate, monitorizarea stării de sănătate şi în aplicaţii de înaltă performanţă cu frecvenţa de operare de ordinul THz. De asemenea, proiectul NANOPOLY a dezvoltat module T/R fabricate în tehnologia SiGe utilizând materiale 2D, aceste module incluzând şi o antenă cu dimensiunea totală de λ/20 şi cu performanţe cel puţin comparabile cu starea artei regăsită în literatură şi la nivel industrial.

Colectivul din IMT Bucureşti a avut o contribuţie semnificativă în proiectarea, modelarea, fabricarea şi testarea noilor componente şi dispozitive pe bază de meta-materiale, propunând o abordare ştiinţifică originală pentru a depăşi limitele intrinseci ale materialelor artificiale şi cu o contribuţie puternică în dezvoltarea ştiinţei în meta-electronică.
În acest sens, folosind proprietăţile unice ale meta-materialelor, au fost realizate unele rezonatoare cu inele deschise (SRRs = split-ring resonators), inclusiv de tip complementar (CSRRs = complementary SRRs) cu frecvenţa de operare în banda X, pe care au fost depuse CNTs ca strat senzitiv pentru detectarea dioxidului de carbon, cu aplicaţii în domeniul senzorilor pentru monitorizarea poluării mediului înconjurător. Fabricarea unor rezonatoare bazate pe SRRs cu CNTs în configuraţie oprește-banda a permis realizarea unor senzori de gaze cu senzitivitate mare. Întrucât efectul recombinării moleculelor de dioxid de carbon cu CNTs este o modificare a conductivităţii CNTs (şi asfel o modificare a permitivităţii lor dielectrice), în microunde a fost observată o deplasare a frecvenţei de rezonanţă în funcţie de nivelul de absorbţie. Astfel, senzorul de gaz propus a dovedit o senzitivitate mai mare decât un senzor clasic.



Parerea ta conteaza:

(0/5, 0 voturi)

Lasa un comentariu



trimite