Briser les records des semi-conducteurs à très large bande interdite, c’est comme faire du pain

Battre des records comme la cuisson du pain

Une nouvelle technique appelée alliage à interdiffusion thermique peut aider à améliorer les dispositifs électroniques et photoniques tout en réduisant les émissions de carbone et en améliorant la santé et la sécurité. Crédit: KAUST; Heno Hwang

Les chercheurs ont fabriqué des semi-conducteurs à très large bande interdite inégalés en fonction de la température et du timing, tout comme la cuisson du pain.

L’alliage, le processus de mélange de métaux dans différents rapports, est une méthode connue pour créer des matériaux aux propriétés améliorées depuis des milliers d’années, depuis que le cuivre et l’étain ont été combinés pour former le bronze beaucoup plus dur. Malgré son âge, cette technologie reste au cœur des industries modernes de l’électronique et de l’optique. Les alliages semi-conducteurs, par exemple, peuvent être conçus pour optimiser les propriétés électriques, mécaniques et optiques d’un dispositif.

Les alliages d’oxygène avec des éléments du groupe III, tels que l’aluminium, le gallium et l’indium, sont des matériaux semi-conducteurs importants avec de vastes applications dans l’électronique haute puissance, les photodétecteurs à store solaire et les dispositifs transparents. La propriété déterminante d’un semi-conducteur est sa bande interdite, une barrière sur laquelle seuls les électrons avec l’énergie requise peuvent passer. Les oxydes d’aluminium et de gallium en phase bêta sont remarquables en raison de leur bande interdite relativement grande, mais la plupart des alliages III-O sont coûteux à fabriquer et de qualité insatisfaisante.

Che-Hao Liao et ses collègues du groupe de Xiaohang Li ont inventé une technique similaire à la cuisson du pain pour créer des oxydes d’aluminium et de gallium de haute qualité dans un four commun. «Nous avons démontré une méthode simple et efficace appelée alliage à interdiffusion thermique (TIA) pour obtenir des films minces de haute qualité tout en étant capable de contrôler la composition avec la température et le temps», explique Liao.

Liao et l’équipe ont commencé par fabriquer la «pâte» de modèles d’oxyde de gallium courants sur des substrats de saphir. Ils ont ensuite chauffé les échantillons à une température élevée entre 1 000 et 1 500 degrés Celsius dans le four. Dans la cuisson du pain, le processus de chauffage durcit le gluten et solidifie la pâte. Dans leur étude, le chauffage fait que les atomes d’aluminium se diffusent lentement du saphir en oxyde de gallium et les atomes de gallium se déplacent dans la direction opposée pour se mélanger et créer un alliage d’oxyde d’aluminium et de gallium. Des températures plus élevées et un processus plus long entraînent une plus grande interdiffusion, produisant des alliages avec une composition d’aluminium plus élevée.

Le choix de la température et du temps de recuit a permis un meilleur contrôle de la composition de l’aluminium, variant entre 0 et 81%, ce qui est un record pour un alliage correspondant à une très large plage de bandes interdites. «Nous avons démontré que TIA est une excellente nouvelle technique pour contrôler les propriétés essentielles des couches minces, y compris la composition, la bande interdite et l’épaisseur», explique Liao.

Les chercheurs de KAUST considèrent TIA comme une voie vers des dispositifs électroniques et photoniques améliorés pour surmonter des défis tels que la réduction des émissions de carbone et l’amélioration de la santé et de la sécurité. «Nous appliquons maintenant TIA pour la recherche sur les appareils de nouvelle génération», déclare Liao.


Semi-conducteurs avec une interface alignée


Plus d’information:
Che-Hao Liao et coll. Bande interdite réglable large plage et couche mince de composition en phase β (AlGa) 2O3 par recuit thermique, Lettres de physique appliquée (2021). DOI: 10.1063 / 5.0027067

Fourni par King Abdullah University of Science and Technology

Citation: Briser les records des semi-conducteurs à large bande interdite, c’est comme faire du pain (2021, 30 mars) récupéré le 13 avril 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-03-ultrawide-bandgap-semiconductor-bread.html

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