Les "trous" plus rapides que les électrons: vers une nouvelle électronique quantique

Publié par Adrien le 07/05/2023 à 13:00
Source: Small Science
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Le monde moderne repose sur une multitude d'appareils électroniques, comme les ordinateurs, les téléphones portables, les gadgets et les appareils ménagers. Plus de 99% de ces dispositifs sont fabriqués à base de semi-conducteurs en silicium. Les matériaux semi-conducteurs sont essentiels à la performance de ces appareils, et les scientifiques cherchent constamment à améliorer leurs propriétés.


Crédit: Maksym Myronov

Dans les semi-conducteurs, il y a deux types de particules qui transportent l'électricité: les électrons et les "trous". Les électrons sont des particules chargées négativement qui se déplacent dans le matériau. Les "trous" sont des zones vides où il manque un électron. Ils sont considérés comme des particules chargées positivement. Ensemble, les électrons et les "trous" permettent au courant électrique de circuler dans le semi-conducteur.

La mobilité des porteurs de charge (électrons et trous) est l'une des caractéristiques les plus importantes d'un matériau semi-conducteur. Une mobilité élevée permet un fonctionnement plus rapide et une consommation d'énergie moindre, essentiels pour accroître la vitesse des dispositifs électroniques actuels et ceux fonctionnant à basse température.

Le germanium est un matériau semi-conducteur qui présente des avantages par rapport à d'autres semi-conducteurs comme le silicium. Si la mobilité des trous dans le germanium peut être améliorée grâce à la technique de la contrainte, cela pourrait conduire au développement de nouveaux matériaux quantiques aux propriétés uniques. Les matériaux quantiques présentent des propriétés électroniques et magnétiques particulières en raison de leur nature. Ils sont étudiés pour une large gamme d'applications, notamment l'informatique quantique, la détection et le stockage d'énergie.


L'évolution historique des mobilités des trous et des électrons dans les semi-conducteurs du groupe IV à basse température. L'étoile marque le résultat de ce travail.
Crédit: Maksym Myronov

Dans un récent article publié dans la revue Small Science, une équipe internationale de chercheurs du Royaume-Uni et du Canada a annoncé avoir atteint une mobilité record de trous de 4,3 millions cm²V⁻¹s⁻¹ dans un semi-conducteur de germanium contraint, fabriqué sur une tranche de silicium standard. Cette augmentation significative de la mobilité permet aux trous de surpasser les électrons dans les matériaux semi-conducteurs du groupe IV.

En plus de cette mobilité record, cette plate-forme de matériaux révèle une combinaison unique de propriétés, très recherchée pour la recherche et le développement d'électronique basse température et de circuits électroniques quantiques. Cette avancée majeure a été rendue possible grâce au développement de technologies de croissance épitaxiale de pointe, aboutissant à une qualité monocristalline supérieure du système de matériaux germanium contraint, avec une faible densité d'impuretés et d'autres imperfections.

Les chercheurs estiment que la mobilité maximale n'a pas encore été atteinte et qu'il reste une marge d'amélioration. Des études expérimentales et théoriques plus approfondies sont nécessaires pour comprendre les mécanismes microscopiques qui limitent encore la mobilité des trous.
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