Transistors et circuits intégrés à hétérostructures (III-V)

Le comportement des composants électroniques à semi-conducteurs est largement conditionné par la nature des interfaces ou jonctions qui en séparent les différentes parties constitutives (métalliques, diélectriques ou semi-conducrices) et par la façon dont les porteurs, électrons ou trous, longent ou traversent ces interfaces. Les jonctions semi-conducteur/semi-conducteur intervenant dans les composants et circuits, à base de transistors à effet de champ ou de transistors bipolaires, qui ont dominé jusqu’à la fin des années 1980 la microélectronique, sont en général des homojonctions séparant deux régions de dopages différents, quoique éventuellement de même type, d’un même semi-conducteur hôte. En pratique, ce dernier est le plus souvent du silicium (filières NMOS, CMOS, bipolaires et BiCMOS) et plus rarement de l’arséniure de gallium (filières MESFET GaAs).

Au cours des années 1980, des progrès constants en matière d’élaboration des matériaux de technologie de fabrication et de physique des structures semi-conductrices complexes ont favorisé l’émergence d’une nouvelle génération de composants microélectroniques dits à hétérojonctions. Ces hétérojonctions sont des jonctions où se trouvent juxtaposés deux semi-conducteurs différents. Elles sont le plus souvent en accord ou quasi-accord de maille cristalline [cas des jonctions GaAs/GaAlAs des transistors à hétérojonction à effet de champ, dits TEGFET ou HEMT, et des transistors bipolaires à hétérojonction, dits TBH (§ 2.1 et 3.1)]. Mais ces hétérojonctions peuvent être aussi en léger désaccord de maille (de l’ordre de 1 % comme dans le cas des jonctions Ga _0,8  In _0,2  As/GaAs à faible taux d’indium des transistors à effet de champ dits pseudomorphiques (§ 2.4), voire en désaccord plus important, au-delà de ce que peut supporter l’élasticité limitée du réseau cristallin, et impliquant alors des zones cristallines très disloquées [cas des structures GaAs/Si ou GaAs/InP (§ 2.4), où les différences de dimensions de mailles cristallines sont de l’ordre de 4 %, mais qui sont encore au niveau d’études de laboratoire].

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