La génération d'ondes de plus en plus courtes ne put être satisfaite qu'avec l'apparition de composants semi-conducteurs, au dépend du magnétron. Toutefois, la réduction de la longueur d'onde du centimétrique vers le millimétrique exige le développement de composants de plus en plus rapides. Cela repose sur la diminution des dimensions des composants, sur l'utilisation de matériaux semi-conducteurs possédant de meilleures propriétés de transport et sur l'utilisation de structures nouvelles. En ce qui concerne l'amplification nécessaire pour l'émission et la réception de signaux, le transistor [3] est le composant clef. Toutefois, bien que les transistors bipolaires et MOS (Metal Oxide Semi-conductor : alors que le transistor à jonction a été découvert en 1948 par W. Shockley, le premier MOS a été réalisé par D. Kahng et M.  M. Atalla en 1960) réalisés en silicium bénéficient d'un marché énorme, reposant sur la simplicité de mise en œuvre et sur la grande maturité de cette technologie, cette filière est limitée à des fréquences de quelques GHz, limitation intrinsèque au matériau.

Afin de satisfaire aux applications qui sont décrites par la suite, les recherches se sont orientées vers les matériaux III-V [4], c'est-à-dire l'association d'éléments de la colonne III et d'éléments de la colonne V du tableau de la classification périodique des éléments (C'est en 1951 que H. Welker découvre que les composés III-V peuvent servir de matériaux pour réaliser des semi-conducteurs). L'arséniure de gallium (GaAs) s'est alors imposé avec le développement de structures MESFET (MEtal Semiconductor Field Effect Transistor) [5]. Ces transistors permettent de répondre à des applications jusqu'à des fréquences d'environ 30 GHz. Cependant, malgré la réduction des dimensions de la zone active, ce type de composant est limité en fréquence par le transport électronique s'effectuant dans un matériau dopé. Les transistors à hétérojonction(s) sont alors apparus, permettant d'obtenir une importante densité de porteurs dans le matériau intrinsèque, où la mobilité et les vitesses électroniques sont plus élevées [6]. D'autres filières de matériaux III-V, comme la filière phosphure d'indium (InP) [7], sont étudiées afin de pouvoir répondre à la montée en fréquence des applications.

Les principaux avantages des matériaux III-V sont les suivants :

leur propriété semi-isolante (substrat SI) permet la fabrication de circuits intégrés hyperfréquences,

leur résistance aux radiations,

leur capacité à travailler à plus haute température que le silicium standard, ce qui est important pour les applications militaires,

leurs performances vitesse/consommation nettement supérieures à celles des calculateurs utilisant des circuits en silicium (applications numériques),

leur très vaste domaine de fréquences couvert puisqu'il s'étend de 1 GHz à plus de 100 GHz.

Mais pourquoi parlons-nous toujours de l'arséniure de gallium lorsque l'on évoque la filière III-V ? La raison en est que la filière GaAs est la seule filière hyperfréquence dont la technologie soit actuellement mature pour des réalisations au niveau industriel. Cette maturité et son développement a donc permis d'aboutir à des coûts de production abordables, qui restent cependant largement supérieurs à ceux de la filière silicium. L'arséniure de gallium est donc parfaitement approprié à la réalisation de circuits hyperfréquences. On peut classer ces circuits par type :

les circuits bas niveau :

 

amplification faible bruit,

fonction de contrôle,

commutation, etc.

les circuits de puissance : on peut citer parmi les applications que nous allons évoquer par la suite, le domaine des télécommunications pour les composants discrets, et le balayage électronique radar pour les circuits intégrés micro-ondes.

les circuits numériques : pour toutes les applications qui étaient couvertes jusqu'à présent par des circuits intégrés bipolaires silicium.

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Chapitre III