Le dopage d'un semi-conducteur prometteur obtenu par une méthode simple

Parfois, les découvertes viennent des procédés les plus simples. Ainsi, des chercheurs ont découvert comment former facilement un super-réseau, c’est-à-dire un empilement périodique de couches de faible épaisseur, au sein d'un semi-conducteur appelé nitrure de gallium(GaN). Il suffit de le chauffer en présence de gallium.

Un monocristal de gallium.

Un monocristal de gallium.

Opto-p

Le GaN pour supplanter le silicium ?

Cette formation d’un super réseau suite à une réaction thermique entre le nitrure de gallium (GaN) et le magnésium (Mg) s'effectue au sein même du semi-conducteur. C’est la première fois qu’un tel procédé, qui inclut des réseaux métalliques bidimensionnels au sein de ce dernier, est découvert.

Le GaN est un important matériau semi-conducteur, que l’on pense capable de remplacer les semi-conducteurs au silicium traditionnels dans les applications exigeant une densité de puissance plus élevée et des fréquences de fonctionnement plus rapides. Ces caractéristiques distinctives du GaN le rendent précieux dans des dispositifs tels que les leds, les diodes laser et l'électronique de puissance, y compris les composants des véhicules électriques et des chargeurs rapides.

Le GaN pourrait remplacer le silicium dans certaines applications

Le GaN pourrait remplacer le silicium dans certaines applications

Tommox

Doper le GaN

Dans les semi-conducteurs, il existe deux types de conductivité électrique : le type p et le type n. Le semi-conducteur de type p comporte principalement des porteurs de charges positives, appelés trous, tandis que le semi-conducteur de type n conduit l'électricité par l'intermédiaire d'électrons libres.

Un semi-conducteur acquiert une conductivité de type p ou n par un processus appelé dopage, qui fait référence à l'introduction intentionnelle d'impuretés dans un matériau semi-conducteur pur afin de modifier considérablement ses propriétés électriques et optiques.

Dans le domaine des semi-conducteurs GaN, le Mg est le seul élément connu pour créer une conductivité de type p. Or les mécanismes du dopage au Mg dans le GaN ne sont pas bien compris, ce qui limite leur optimisation pour l'optoélectronique et l'électronique.

Améliorer la conductivité du GaN

Pour améliorer la conductivité du GaN de type p, les chercheurs ont mené une expérience au cours de laquelle ils ont déposé des couches minces de Mg métallique sur des plaquettes de GaN et les ont chauffées à haute température — ce que l’on nomme le recuit. C’est avec un microscope électronique qu’ils ont vu la formation spontanée d'un super-réseau composé de couches alternées de GaN et de Mg.

Les chercheurs ont déterminé que cette intercalation, baptisée intercalation interstitielle, entraîne une compression du matériau hôte. Plus précisément, ils ont constaté que le GaN inséré dans les couches de Mg subit une compression de plus de 20 GPa, soit l'équivalent de 200 000 fois la pression atmosphérique, ce qui en fait la contrainte de compression la plus élevée jamais enregistrée dans un matériau en couches minces. C'est aussi beaucoup plus que les contraintes de compression généralement observées dans les films de silicium, qui sont de l'ordre de 0,1 à 2 GPa. Les chercheurs ont également constaté que la conductivité électrique dans le GaN était considérablement améliorée le long de la direction déformée.

De quoi intéresser les industriels de la tech dans un futur pas si lointain…