Caractérisation hautes fréquences de matériaux pour la microélectronique et conception d’antennes pour applications biomédicales et 5G

Mots-clés :
Mesures hyperfréquences, caractérisation diélectrique, agilité en fréquence, métamatériaux, antennes, substrat biosourcé 

Résumé :
L'utilisation de matériaux aux propriétés bien connues sur une large gamme de fréquences est d'une grande importance dans l'industrie de la microélectronique. Pour cela, il est nécessaire de mettre au point des techniques de caractérisation et d'extraction de paramètres diélectriques robustes dans le domaine des hyperfréquences. A ce titre, une méthode présentée dans ce manuscrit permet d'extraire la permittivité complexe d'un matériau sans nécessité de métallisations faisant office d'électrodes. En effet, certains matériaux comme la résine d'encapsulation de circuits intégrés ayant servi à mettre au point cette technique, ne présentent pas la maturité technologique nécessaire à la réalisation de ces étapes de fabrication. Une étude de fiabilité est menée via la mise en concurrence avec une autre méthode bien connue : celle en ligne de transmission. 
Les dispositifs rayonnants sont également étudiés dans ce rapport d'habilitation. Dans un premier temps, une antenne pour une application adressant la bande haute de la 5G (26 GHz) est conçue et mesurée. Les voies d'amélioration du gain et de la directivité de l'antenne sont discutées. Toujours dans le même domaine d'application, mais cette fois à la fréquence plus conventionnelle de 3,6 GHz pour la 5G, une antenne imprimée sur substrat biosourcé est fabriquée et mesurée. La fréquence d'émission de cette antenne peut être baissée à 2,4 GHz via l'activation d'une diode PIN.
Ce démonstrateur nous permet de valider l'emploi de ces diodes PIN pour la fonctionnalisation d'un radôme. En effet, la possibilité que nous avons de venir piloter la mise à l'état passant des diodes permet de venir contrôler l'orientation du faisceau émis par l'antenne. 
Enfin, toujours dans le domaine des antennes, une application au biomédical est présentée. Une antenne destinée à être implantée de manière sous cutanée pour assurer une fonction de télémétrie est présentée. Elle présente la caractéristique d'être bi-bande, en adressant les fréquences de 400 MHz (bande MICS) et de 2,4 GHz (bande ISM). Cette antenne est fabriquée et mesurée en immersion dans un fantôme dont les paramètres diélectriques ont été ajustés pour correspondre aux tissus biologiques dans ces gammes de fréquences. 

COMPOSITION DU JURY :

• Sonia DELMAS, Professeur des Universités, INSA Toulouse : Présidente 
•  Xavier CASTEL, Professeur des Universités, Université de Rennes : Rapporteur
• Christophe CRAEYE, Professeur des Universités, Université Catholique de Louvain, Belgique : Rapporteur
• Bruno SAUVIAC, Professeur des Universités, Université Jean Monnet, Saint-Etienne : Rapporteur
• Éric LHEURETTE, Professeur des Universités, Université de Lille : Examinateur
• Bernard FLECHET, Professeur des Universités, Université Savoie Mont Blanc : Examinateur