Une plateforme couche-mince pour l’utilisation des nanofils dans l’optoélectronique

 

Les nanofils, promesse de l’optoélectronique, doivent croître par élaboration de façon très contrôlée. Cette contrainte impose actuellement l’utilisation de substrats monocristaux coûteux. Des chercheurs viennent de proposer une alternative multicristaux performante.  

 

Les dispositifs optoélectroniques sont actuellement basés sur « l’épitaxie » de films sur des monocristaux macroscopiques,c’est-à-dire la croissance du matériau en prolongement du réseau cristallin du substrat. Depuis plusieurs années, les chercheurs élaborent de nouvelles structures qui permettraient de réduire la quantité de matière utilisée : les nanofils, qui semblent être une bonne alternative aux couches, sont moins sensibles à la qualité et à la nature du substrat. L’inconvénient majeur de la technique de croissance actuelle de ces nanofils est son coût : l’épitaxie est en effet réalisée sur un monocristal pour qu’ils soient verticaux et homogènes, conditions nécessaires à leur intégration efficace dans des dispositifs. Des chercheurs du laboratoire Surface du Verre et Interfaces (Saint-Gobain Recherche/CNRS) et du Laboratoire de Photonique et de Nanostructures (CNRS) viennent de proposer, dans la revue NanoLetters,  un substrat alternatif pour la croissance épitaxiale des nanofils. Basé sur des technologies industrielles existantes et n’utilisant pas de monocristaux, cette nouvelle plateforme permettrait de réduire le coût des dispositifs.

 

Les deux laboratoires du CNRS et de Saint-Gobain ont collaboré étroitement pour réaliser une couche de silicium orientée de grande qualité cristalline, qui a permis la croissance épitaxiale de nanofils verticaux de semiconducteur III–V. La synergie entre les compétences en matériaux et en croissance d’empilements industriels du laboratoire SVI, et l’expertise en caractérisation et en croissance des semiconducteurs pour la photonique du LPN, était indispensable à la réalisation de cette nouvelle plateforme d’épitaxie. La couche orientée de silicium a été formée par cristallisation du silicium amorphe induite par l’aluminium. Ce procédé permet de réduire la température de cristallisation à environ 300 °C, contre 800 °C habituellement, et d’obtenir une couche constituée de plaquettes monocristallines exprimant toutes la même orientation cristalline. Ces plaquettes, qui présentent un rapport d’aspect immense (500 fois plus larges qu’épaisses), ont alors pu servir de micro-substrat monocristallin pour la croissance épitaxiale et verticale des nanofils.
Ce résultat, fruit du travail d’un thésard sous contrat CIFRE entre ces deux laboratoires, pourrait devenir la brique technologique qui ouvrirait la voie à une utilisation de ces semiconducteurs sur des substrats obtenus par des procédés industriels classiques des vitrages à couches. Il apporterait ainsi une solution à leur utilisation dans la microélectronique.

 

Un brevet (Saint-Gobain et CNRS) a été déposé le 3 juillet 2012 (N° 1256374)

 

En savoir plus
Growth of vertical GaAs nanowires on amorphous substrate via a fiber-textured Si platform, Y. Cohin1,2, O. Mauguin1, L. Largeau1, G. Patriarche1, F. Glas1, E. Søndergård2, et J.-C. Harmand1, Nano Letters, (13 mai 2013).

 

Contacts chercheurs
Elin Sondergard / directrice du laboratoire / T 01 48 39 57 50 / elin.sondergard@saint-gobain.com
Jean-Christophe Harmand / T 01 69 63 60 81 / jean-christophe.harmand@lpn.cnrs.fr