L'incorporation d'azote dans le carbure de silicium enfin mieux comprise

02 juin 2017

Résultats scientifiques Matériaux

Les composants électroniques (diodes, transistors) à base de Carbure de Silicium (SiC), permettent une réduction considérable des pertes d’énergie lors de leur fonctionnement, par rapport au silicium. Depuis longtemps, on sait contrôler les propriétés du SiC en introduisant une petite quantité d'impuretés (dopants) dans le SiC, des atomes d’azote par exemple, qui produisent un excès d'électrons. On observe ainsi une augmentation de la quantité de courant qui passe dans le transistor. Malgré une apparente maturité de la technologie de dopage du SiC avec l’azote, certaines étapes de la synthèse, maitrisées à l’échelle industrielle, sont encore loin d’être bien décrites et comprises.

Partant de ce constat, les chercheurs du Laboratoire des multimatériaux et interfaces (CNRS/Université de Lyon) et du Laboratoire des matériaux et du génie physique (CNRS/Grenoble INP), s’appuyant sur de nombreux résultats expérimentaux existants, ont proposé un modèle théorique d'incorporation de l'azote dans le composé modèle 4H-SiC qui permet d’accéder au mécanisme de dopage. Ce modèle est basé sur les échanges dynamiques existant entre un matériau solide chauffé à haute température et l'atmosphère gazeuse présente lors de ce chauffage. Dans le cas du SiC chauffé sous hydrogène aux environs de 1500°C (conditions habituelles de dopage), les chercheurs ont montré que les atomes de carbone de surface du SiC sont attaqués par l'hydrogène, créant ainsi des lacunes de carbone en surface. Si une quantité contrôlée d'azote est ajoutée en phase gazeuse, cet élément peut alors combler les lacunes de surface et ainsi s'incorporer dans la maille cristalline du SiC.

Ce modèle d'échange dynamique de surface pourrait aussi potentiellement permettre d’accéder au mécanisme d'incorporation de n'importe quelle autre impureté que l'azote dans le SiC. Il pourrait même être étendu au dopage d'autres semi-conducteurs. Ces travaux sont publiés dans la revue Scientific Reports.