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Auteur(s)
-
André VAPAILLE : Professeur à l’Université de Paris XI
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Lire l’articleINTRODUCTION
Depuis les années 50, les matériaux semi‐conducteurs ont révolutionné l’électronique, l’informatique et l’optoélectronique en permettant de réaliser une très grande variété de composants discrets et de circuits intégrés. Ils doivent leur succès à la très grande richesse de leurs propriétés électroniques et en particulier au fait qu’il est possible, en les dopant (c’est‐à‐dire en introduisant dans le matériau des impuretés convenables en quantité contrôlée) :
-
d’obtenir soit une conduction par électrons libres (comme dans les métaux), soit une conduction par trous libres (un trou étant une absence d’électron) ;
-
de contrôler, par la concentration des impuretés de dopage, la résistivité du matériau dans un domaine de valeurs compris entre 10 – 5 et 10 2 Ω · m.
La résistivité de ces matériaux est donc extrêmement sensible :
-
à l’état cristallin du matériau (amorphe, polycristallin, monocristallin) ;
-
au niveau de dopage (concentration des impuretés électriquement actives présentes dans le matériau).
Nous allons donc distinguer quatre types de matériau :
-
matériau monocristallin non dopé ou matériau intrinsèque ;
-
matériau monocristallin dopé ou matériau extrinsèque (pratiquement tous les composants semi‐conducteurs sont réalisés en matériau monocristallin dopé) ;
-
matériau polycristallin [grille des composants MOS (Métal Oxyde Semi‐conducteur)] ;
-
matériau amorphe (cellules solaires, écrans plats, etc.).
Pour satisfaire aux règles de normalisation, toutes les grandeurs ont été exprimées dans les unités du système international. Toutefois, il faut bien reconnaître que ce système n’est absolument pas utilisé par les spécialistes des matériaux et composants semi‐conducteurs qui lui préfèrent un système où les longueurs sont en centimètres et les énergies en électronvolts (eV). Le tableau 1 donne les facteurs de conversion à utiliser.
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Matériau monocristallin non dopé ou matériau intrinsèque
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4. Silicium amorphe hydrogéné (SiaH)
Le silicium amorphe peut être facilement élaboré en couche mince en réalisant, à basse température (< 300 oC), sur substrat monocristallin ou amorphe (plaque de verre par exemple), un dépôt de silicium par évaporation sous vide ou pulvérisation cathodique. Pendant longtemps, ce matériau n’a eu aucune application pratique : sa résistivité est très élevée (beaucoup plus élevée que celle du silicium monocristallin intrinsèque puisque la largeur de sa bande interdite de mobilité ou « gap de mobilité » est de l’ordre de 1,7 eV) et il était impossible de moduler sa résistivité par l’adjonction d’impuretés de dopage .
En 1969, il a été montré que si le matériau est élaboré en présence d’hydrogène, c’est‐à‐dire :
-
soit par décomposition du silane (SiH4) sous basse pression (LPCVD : Low Pressure Chemical Vapor Deposition ) ;
-
soit par décomposition du silane dans une décharge électroluminescente (PECVD : Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ) ;
il devient alors possible de moduler sa résistivité par dopage.
Dès lors, de nombreuses applications sont apparues : cellules solaires, tambours de photocopieuses, écrans de visualisation plats, etc.
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Silicium amorphe hydrogéné (SiaH)
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CASTAGNÉ (C.), VAPAILLE (A.) - Dispositifs et circuits intégrés semi‐conducteurs. - Dunod (1987).
-
(2) - MATHIEU (H.) - Physique des semi‐ conducteurs et composants électroniques. - Masson (1987).
-
(3) - SZE (S.M.) - Physics of semiconductor Devices. - 2nd Edition, John Wiley (1981).
-
(4) - THURMOND (C.D.) - J. Electrochem. - Soc. 122, 1133 (1975).
-
(5) - MORIN (F.J.), MAÏTA (J.P.) - Physical Review. - 96, 28 (1954).
-
(6) - RUNY AN (W.R.) - Silicon semiconductor Technology. - Mc Graw Hill, p. 179 (1965).
-
(7) - SZE (S.M.), IRVIN (J.C.) - Solid...
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