Projet ANR-15-CE24-0001 – BIOMAN : BIsmuth pOur Matériaux semiconducteurs à base d’ANtimoniures
Programme : Micro et nanotechnologies pour l’information et la communication (DS0710) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Monsieur Jean-Baptiste Rodriguez (Université de Montpellier)
Partenaires : Laboratoire public
Montant : 231920.0 euros
Date de début : 2015
Durée : 48 mois
Résumé : Ce projet concerne l’étude de l’utilisation de l’atome de Bismuth pour la réalisation de composants à base de matériaux antimoniures par épitaxie par jets moléculaires (EJM). Les semiconducteurs III-V antimoniures sont le système de matériaux comprenant GaSb, AlSb, InAs et leurs alliages, tels que GaInAsSb et AlGaAsSb par exemple. Ces matériaux ont des propriétés uniques en termes d’énergie de bande interdite, de décalage de bande ou de masse effective des porteurs, les rendant particulièrement adaptés pour la réalisation de composants électroniques rapides et de basse consommation, ainsi que de lasers et photodetecteurs dans l’infrarouge. Le Bismuth est un atome de la colonne V pouvant de fait être incorporé dans un cristal de semiconducteur III-V. C’est aussi un atome particulier, du fait de sa taille notamment qui permet son utilisation comme surfactant, c’est-à-dire que bien que non incorporé, sa présence modifie de manière positive l’incorporation et l’arrangement des autres atomes dans le cristal. Bien que relativement bien étudié dans le cas des arseniures (GaAs, AlAs, etc…), l’utilisation du Bismuth avec les antimoniures est beaucoup moins développée. On dénombre seulement une dizaine d’articles dans la littérature traitant du sujet, et de nombreux développements sont encore nécessaires avant que soit pleinement exploités les possibilités offertes par son utilisation. Celles-ci sont néanmoins très importantes, et concernent aussi bien le design des composants, que la modification des propriétés de transport ou bien la possibilité de dépasser les limites actuelles en termes de dopage de type n des matériaux antimoniures. Ce sont les principales motivations de ce projet, qui propose d’étudier ce thème prometteur de la fabrication du matériau à la réalisation de nouveaux composants optoélectroniques. L’incorporation et l’effet surfactant du Bismuth dans les antimoniures seront étudiés et la démonstration des avantages apportés par cet atome pour cette famille de matériaux sera assurée par la réalisation de nouvelles sources lasers émettant dans la gamme 3.5 à 5 µm, le dépassement des limites actuelles de dopage type-n dans GaSb et InAsSb, ainsi qu’une amélioration très significative de la durée de vie des porteurs minoritaires dans les photodétecteurs à superréseaux InAs/GaSb grâce à une diminution drastique de la densité de défauts natifs. Une méthode originale de caractérisation in-situ sera également développée durant ce projet (la spectroscopie de masse de l’antimoine désorbé), afin d’analyser en temps réel l’incorporation du Bismuth dans nos couches. Bien que cette technique ait déjà été utilisée en EJM pour d’autres raisons, son utilisation pour l’étude et le contrôle de l’incorporation du Bismuth n’a encore jamais été reportée. Ce projet est donc particulièrement novateur, puisqu’il propose d’étudier un thème peu abordé jusqu’à présent, mais à fort impact potentiel. Aucun projet comparable n’existe au niveau national (bien que des études semblables soient menées dans les arseniures) et un seul laboratoire Européen (Université de Chalmers) a, à ce jour, publié des résultats préliminaires sur le sujet. Ce projet est en accord avec les critères relatifs à un JCJC : le porteur est un jeune chercheur du groupe NANOMIR de l’IES, et bien que ce groupe ait de nombreuses années d’expérience dans l’EJM des antimoniures et les composants optoélectroniques associés, l’utilisation de Bismuth sera néanmoins bel et bien une toute nouvelle thématique pour ce groupe.