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Une technologie électro-optique renforce la position de l'UE au niveau mondial

Le germanium est un matériau semi-conducteur dont les propriétés électriques et optiques peuvent être plus intéressantes que celles du silicium. Des scientifiques utilisent un alliage de silicium et de germanium (SiGe) pour fabriquer de nouveaux photodétecteurs et d'autres dispositifs électro-optiques.
Une technologie électro-optique renforce la position de l'UE au niveau mondial
Les alliages cristallins (fabriqués par épitaxie) de SiGe font l'objet d'intenses travaux de recherche et développement en Asie et aux États-Unis. Ils ouvrent en effet une voie vers de nouveaux dispositifs photoniques et électroniques, comme des transistors haute fréquence ou des détecteurs d'infrarouges. Pour préserver la compétitivité de l'UE dans ce domaine qui se développe, des scientifiques ont lancé le projet PIOS (Photonic integration on silicon germanium), qui était financé par l'UE.

Les chercheurs se sont intéressés à une technique relativement nouvelle, le recuit multiplie sous hydrogène pour hétéroépitaxie (MHAH), capable de produire des couches de germanium de haute qualité intégrées sur un substrat CMOS en silicium. Ils ont utilisé cette technique pour faire pousser des structures SiGe dotées de nombreux puits quantiques. Ces «puits» sont de petites dépressions fabriquées par la superposition de couches de matériaux, capables de restreindre le mouvement des porteurs de charge (des électrons ou des trous) dans une seule direction, perpendiculaire aux couches. Ils permettent de contrôler la conversion d'énergie en lumière, avec la longueur d'onde voulue. L'ajout d'un système de contrôle ou de modulation par un champ électrique externe (via l'effet Stark confiné quantiquement, QCSE), aboutit à un modulateur par électro-absorption.

Le projet PIOS a associé l'effet QCSE avec des structures de puits quantiques en SiGe, produites par la méthode MHAH, pour fabriquer des photodétecteurs à réponse très rapide et des modulateurs par électro-absorption très performants. En outre, l'utilisation de la procédure de croissance épitaxiale sélective a permis de fabriquer des couches de SiGe compatibles avec les processus classiques pour les CMOS en silicium.

Les scientifiques ont utilisé la technique épitaxiale pour faire pousser des nanocristaux de germanium semi-conducteur dans une matrice conductrice de silicium, ce qui représente un progrès majeur par rapport à la production dans un isolant, typiquement utilisée par les autres études. En outre, l'équipe a fabriqué des nanocristaux de silicium via une méthode rapide et à faible coût d'ablation par laser, qui pourrait fournir des matériaux pour divers appareils d'optoélectronique et les intégrer dans un nouveau concept de photodétecteur.

Les techniques et les dispositifs de PIOS devraient avoir un impact majeur sur le secteur européen de l'optoélectronique et sur sa position dans un marché mondial en croissance. En outre, les citoyens de l'UE pourraient aussi bénéficier de l'exploitation des résultats du projet afin de réaliser des équipements innovants comme des télécommunications très rapides et peu coûteuses, des systèmes de diagnostic spectroscopique sur le lieu des soins, et la vision par ordinateur pour l'automobile.

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