Donner une nouvelle dimension aux dispositifs à l'état solide
Il existe d'autres moyens de pousser la technologie des semi-conducteurs Si à dépasser ses limites. L'intégration de Si à bas prix à d'autres matériaux très performants et l'utilisation de nouvelles structures de dispositifs à l'échelle nano font l'objet de recherches onéreuses. À cette échelle, les effets de physique quantique sont plus importants et offrent des fonctionnalités avancées pour les unités photoniques et électroniques. Le projet III-V NWS ON SI, financé par l'UE, a suivi ces deux voies pour ouvrir la course et permettre à la miniaturisation de se poursuivre et de développer des dispositifs puissants. Les scientifiques ont travaillé sur l'intégration de nanostructures de semi-conducteurs composites, à base de matériaux des groupes III-V, sur du Si. Ils ont mis l'accent sur les nanofils semi-conducteurs à bande interdite de la famille des GaAs, des matériaux à forte activité optique et mobilité électronique. Ces matériaux permettent également le réglage fin de nombreuses propriétés intrinsèques en hétérostructure et en ingénierie à bande interdite avec des alliages associés. Leur géométrie unidimensionnelle permet d'exploiter le potentiel exceptionnel des effets de physique quantique et leur intégration dans différents substrats, tels que le Si. Les scientifiques ont suivi des procédés d'épitaxie par faisceau moléculaire pour fabriquer des matériaux semi-conducteurs. Ils ont élevé, sur cette base, des nanofils Ga en indium (In) sans catalyseur et GaAs, sur du Si à homogénéité morphologique et compositionnelle supérieures. Ils ont utilisé diverses techniques de nanométrologie, pour caractériser et affiner les propriétés structurelles, optiques et électroniques des nanofils afin d'obtenir des dispositifs aux excellentes fonctionnalités. Citons, parmi les résultats du projet, un laser à nanofil pompé optique, une lumière infrarouge émettrice, avec l'utilisation de nanofils noyau-coquille GaAs et AlGaAs à surface passivée. Les membres du projet ont également développé des diodes de tunnel à base de nanofils sur du Si destinées aux transistors à effet de champ pour les galeries. Une hétérostructure à nanofil noyau-coquille comprenant un dopage de modulation présente beaucoup plis de mobilités électroniques que les dispositifs de pointe connus. Les résultats du projet sont très importants pour la progression de l'Europe vers des dispositifs à l'état solide, ultra-petits et très efficaces. Ces dispositifs pourront être utilisés dans de nombreux domaines, dont la nanophotonique intégré, les émetteurs et absorbeurs de lumière, la détection et les technologies d'information et de communication.
Mots‑clés
Dispositif à l'état solide, nanofil, arséniure de gallium, silicium, semi-conducteur
