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RÉSUMÉ
Les hétérostructures semi-conducteurs sont devenues incontournables dans le développement de la nanoélectronique et la nanophotonique. Cet article propose un tour d’horizon de ces composants à hétérostructures et des domaines couverts par leurs applications. Tout récemment, l'obtention d'interfaces de grande qualité permet d'atteindre une précision de l'ordre de la demi-couche atomique. Les exemples retenus illustrent parfaitement l'intérêt de ces structures hors normes : transistors bipolaires à hétérojonctions, effet tunnel résonnant interbande, lasers à cascade quantique. L'article s'ouvre pour terminer sur le confinement multiple avec les hétérostructures bi et tri-dimensionnelles
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INTRODUCTION
Les hétérostructures semi-conductrices sont devenues incontournables dans le développement de la nanoélectronique et de la nanophotonique, impliquant l'émergence d'une nouvelle classe de dispositifs basée sur l'exploitation quasi systématique de la nature ondulatoire des particules.
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2. Propriétés des hétérostructures unidimensionnelles
2.1 Hétérostructures simples
Associer des matériaux différents et assurer une bonne qualité d'interface reste un défi technologique majeur. Il est connu depuis longtemps qu'un contact métallique sur GaAs est de bien meilleure qualité que sur silicium, d'où le développement des transistors MESFET puis HEMT sur matériaux III-V. Maîtriser de la même manière des hétéro-interfaces semi-conducteur-oxyde fut la priorité pour les transistors MOS, problématique qui revient à l'ordre du jour suite à l'introduction, au niveau des grilles, de nouveaux diélectriques à forte permittivité pour poursuivre la miniaturisation de ces transistors. De plus, au sein des composants, les hétérostructures semi-conductrices sont devenues incontournables pour optimiser les performances et poursuivre la course aux hautes fréquences.
MESFET : Metal Semi- conductor Field Effect Transistor
HEMT : High Electron Mobility Transistor
MOS : Metal Oxide Semiconductor
-
Ce sont, au premier ordre, les propriétés cristallines qui font la qualité d'une hétérostructure. L'accord de maille entre matériaux constitutifs est le gage d'une bonne hétéro-interface. Néanmoins, si l'on se limite à ce paramètre, en matériau III-V, le choix d'hétérostructures possibles reste limité : GaAs/AlxGa1 - x As sur substrat GaAs ou In0,53Ga0,47As/Al 0,48In0,52As sur substrat InP. Fort heureusement, comme généralement les dimensions des zones actives de composants diminuent, de légers désaccords de maille, de l'ordre du pour-cent, peuvent être supportés ; on parle alors d'hétérostructures « pseudo-morphiques ». L'un des semi-conducteurs est alors soit en tension, soit en compression mais, sur une épaisseur limitée (appelée longueur critique), l'ensemble conserve de bonnes propriétés électroniques.
Sur cette base, le choix de telle ou telle hétérostructure se fera sur les discontinuités de bande (conduction ou valence) que l'on peut obtenir et sur le type d'arrangement obtenu comme l'illustre la figure ...
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BIBLIOGRAPHIE
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