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RÉSUMÉ
Les hétérostructures semi-conducteurs sont devenues incontournables dans le développement de la nanoélectronique et la nanophotonique. Cet article propose un tour d’horizon de ces composants à hétérostructures et des domaines couverts par leurs applications. Tout récemment, l'obtention d'interfaces de grande qualité permet d'atteindre une précision de l'ordre de la demi-couche atomique. Les exemples retenus illustrent parfaitement l'intérêt de ces structures hors normes : transistors bipolaires à hétérojonctions, effet tunnel résonnant interbande, lasers à cascade quantique. L'article s'ouvre pour terminer sur le confinement multiple avec les hétérostructures bi et tri-dimensionnelles
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INTRODUCTION
Les hétérostructures semi-conductrices sont devenues incontournables dans le développement de la nanoélectronique et de la nanophotonique, impliquant l'émergence d'une nouvelle classe de dispositifs basée sur l'exploitation quasi systématique de la nature ondulatoire des particules.
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Propriétés des hétérostructures unidimensionnelles
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1. Contexte
Olivier VANBÉSIEN est professeur à l’université de Lille.
Il effectue des recherches à l’IEMN (Institut d’électronique, de microélectronique et de nanotechnologies) et est responsable du Groupement de Recherche CNRS-Nanoélectronique (GdR 2054).
Les hétérostructures unidimensionnelles, autrement dit des empilements de matériaux différents dans une direction de l'espace appelée direction de croissance, ont été depuis les années 1980 à la source de la majorité des progrès réalisés en micro- et optoélectronique. Que ce soit dans le domaine des transistors à effet de champ ou bipolaire, les besoins de miniaturisation et de montée en fréquence ont fait que le recours aux hétérostructures métal/semi-conducteur et semi-conducteur/semi-conducteur est devenu systématique dans toute nouvelle conception. Il en va de même pour la grande majorité des diodes non linéaires à l'état solide dès lors qu'un fonctionnement au-delà de quelques dizaines de gigahertz est envisagé. En optoélectronique, le constat est similaire lorsque l'on observe le développement fulgurant des diodes électroluminescentes ou des sources lasers à semi-conducteurs. L'émission de photons via des puits quantiques et l'amplification de signaux optiques au sein de guides « tout semi-conducteur » jusqu'au seuil nécessaire pour l'émission laser a été rendue possible dans des hétérostructures dont les dimensions peuvent être facilement adaptées soit à la longueur d'onde électronique, soit à la longueur d'onde optique. On trouvera en Bibliographie de très nombreux ouvrages traitant de ces thématiques ainsi que quelques dossiers parus dans les Techniques de l'Ingénieur.
Ce premier constat implique-t-il que l'aventure des hétérostructures est à présent du domaine de l'acquis et qu'il ne reste plus grand chose à inventer, d'arrangements à créer ? Bien au contraire, l'apparition et la maîtrise de croissance de matériaux nouveaux et alternatifs sont venues enrichir la gamme des possibilités. Aussi, la très bonne qualité des hétéro-interfaces que les épitaxistes savent atteindre permet la proposition d'hétérostructures multiples dans lesquelles l'ingénierie de couche peut se faire à la « demi-couche » atomique près (un peu inférieure à 3 Å...).
Nanoélectronique et nanophotonique...
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BIBLIOGRAPHIE
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(3) - GRIFFITH (Z.), DAHLSTRÖM (M.), URTEAGA (M.), RODWELL (M.J.W.), FANG (X.-M.), LUBYSHEV (D.), WU (Y.), FASTENAU (J.M.), LIU (W.K.) - InGaAs-InP Mesa DHBTs with simultaneously high fT and fmax and low Ccb/Ic ratio. - IEEE Electron Device Letters, 25(5), p. 250-2 (2004).
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