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Jun 29, 2023

Renforcer l'électronique avancée avec des matériaux en couches et une large gamme

Le carbure de silicium (SiC) et les nitrures du groupe III (GaN, AlN, InN et leurs alliages) jouent un rôle crucial dans la conversion de puissance économe en énergie, dans l'électronique haute fréquence et l'optoélectronique. En combinant les

Le carbure de silicium (SiC) et les nitrures du groupe III (GaN, AlN, InN et leurs alliages) jouent un rôle crucial dans la conversion de puissance économe en énergie, dans l'électronique haute fréquence et l'optoélectronique. En combinant la technologie mature de ces semi-conducteurs à large bande interdite avec les propriétés exceptionnelles des matériaux 2D, comme le graphène et les dichalcogénures de métaux de transition (en particulier le bisulfure de molybdène (MoS2)), les chercheurs peuvent développer des diodes et des transistors ultra-rapides.

D'avril 2020 à mars 2023, des chercheurs du CNR-IMM (Italie), du CNRS-CRHEA (France), de l'IEE-SAS (Slovaquie), du MFA-EK (Hongrie) et de l'Université de Palerme (Italie) ont collaboré au FLAG- Projet ERA ETMOS visant à construire des dispositifs conceptuels basés sur MoS2, SiC et nitrure de gallium (GaN).

Le point culminant du projet ETMOS a été le développement de diodes à hétérojonction MoS2/SiC et MoS2/GaN présentant d'excellentes propriétés de rectification. L'injection de courant accordable a été obtenue en adaptant le dopage des surfaces MoS2 ou SiC (GaN) [1,2,3].

Compte tenu du fort potentiel d'application de ces recherches dans le domaine de l'électronique haute puissance et haute fréquence, la société italienne STMicroelectronics s'est jointe à nous, ce qui a donné lieu à deux demandes de brevet américain, partagées entre CNR et STMicroelectronics, sur des diodes et transistors avancés basés sur la combinaison de MoS2 avec SiC [4] et GaN [5].

Pour construire de telles structures, l'équipe a exploré différentes méthodologies, notamment le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) en une ou deux étapes [1,2,6], le dépôt laser pulsé (PLD) [3], l'épitaxie par jet moléculaire (MBE) et l'exfoliation avancée. /méthodes de transfert [7,8,9]. Les chercheurs ont également évalué divers protocoles de caractérisation, basés sur la combinaison du micro-Raman, de la microscopie à force atomique (AFM/conductive-AFM) et des microscopes électroniques à transmission à résolution atomique, pour évaluer le nombre de couches, le dopage, la contrainte de MoS2 et le courant. injection aux hétérojonctions MoS2 avec SiC et GaN.

Le projet ETMOS a activement diffusé ses résultats scientifiques par divers moyens, notamment en les publiant dans des revues à comité de lecture en libre accès, en participant à des conférences internationales et en organisant un symposium lors de la réunion d'automne 2022 de la Société européenne de recherche sur les matériaux (EMRS).

« L'intégration de matériaux 2D offre de nouvelles fonctionnalités au SiC et au GaN, élargissant ainsi la gamme d'applications potentielles de ces semi-conducteurs à large bande interdite. Je m'attends à ce que de nouvelles opportunités de marché soient ouvertes grâce à cette technologie », déclare Filippo Giannazzo, directeur de recherche du CNR-IMM.

Les références

Caractéristique de densité de courant en fonction de la polarisation d'une diode à hétérojonction MoS2/4H-SiC, montrant un excellent comportement de rectification. Image adaptée de Réf.[3]. Copyright Wiley, 2023.

(a) Caractérisation AFM, (b) Micro-Raman et STEM à résolution atomique de films monocouches de MoS2 cultivés sur GaN. Image adaptée de Réf.[2]. Copyright Elsevier, 2023.

Rédacteur scientifique et coordinateur de l'initiative « Diversité dans le graphène ».

Caractéristique de densité de courant en fonction de la polarisation d'une diode à hétérojonction MoS2/4H-SiC, montrant un excellent comportement de rectification. Image adaptée de Réf.[3]. Copyright Wiley, 2023.

(a) Caractérisation AFM, (b) Micro-Raman et STEM à résolution atomique de films monocouches de MoS2 cultivés sur GaN. Image adaptée de Réf.[2]. Copyright Elsevier, 2023.

Rédacteur scientifique et coordinateur de l'initiative « Diversité dans le graphène ».