De nouveaux détecteurs d'UV, bien plus sensibles
Le nitrure de gallium (GaN) et ses alliages ternaires d'aluminium et d'indium sont les semi-conducteurs les plus prometteurs pour fabriquer des dispositifs optoélectroniques à haute fréquence et haute puissance. Ils rejettent la plus grande partie du visible et de l'infrarouge, et conservent une grande réactivité (conversion du signal optique en courant électrique) dans la gamme des UV. Le fait de déposer une couche tampon entre deux matériaux monocristallins (le GaN et le substrat) a conduit à un cristal de haute qualité. Les scientifiques du projet GANOXSI (Planar ultraviolet radiation detectors based on GaN grown on silicon substrate with novel double oxide buffer layer) ont cherché à mettre au point les techniques pour faire croître une couche de GaN sur un substrat de silicium (Si), en les séparant par des couches d'oxyde doubles. Le GaN de haute qualité ainsi obtenu a permis de réaliser divers dispositifs au nitrure comme des détecteurs d'UV. Les scientifiques ont utilisé un système de dépôt épitaxial par faisceau moléculaire, constitué de plusieurs chambres, pour fabriquer les structures mixtes (GaN, oxyde de scandium, oxyde d'yttrium et silicium). Grâce à divers outils de spectroscopie et de microscopie, ils ont vérifié que la qualité des structures réalisées convenait à la fabrication de détecteurs. Les doubles couches tampon avaient en outre l'avantage de renforcer la réactivité du détecteur. En effet, elles forment un réflecteur (ou réseau) de Bragg distribué (DBR), à la limite entre le silicium et le nitrure de gallium, formé de plusieurs couches de matériaux alternés. Les chercheurs ont alors traité plus avant la structure DBR-Si et les couches de GaN déposées sur le silicium, pour fabriquer des prototypes des détecteurs d'UV. Ils ont déposé diverses couches de métaux par faisceau d'électrons et processus sous vide, obtenant un contact de type Schottky. En utilisant le procédé d'épitaxie par faisceau moléculaire, ils ont déposé des couches d'oxyde de scandium pour supprimer les courants de fuite dans les contacts métal-oxyde-semi-conducteurs. Après le dépôt des couches d'oxydes, ils ont chauffé les galettes de silicium pour former les contacts. Les chercheurs ont utilisé des masques métalliques pour obtenir les électrodes du détecteur. Ces détecteurs ont démontré la sensibilité visée aux UV, avec une réactivité maximale aux alentours de 360 nm, ce qui correspond bien à la bande interdite pour le GaN. Les travaux des scientifiques ont conduit à une amélioration de 100 % de la réactivité du détecteur dans les UV, par rapport aux meilleurs détecteurs précédents. De tels détecteurs peuvent servir pour surveiller des combustions, détecter des panaches d'éjection de missiles, et dans les systèmes de désinfection de l'eau.
Mots‑clés
Ultraviolets, rayonnement, réactivité, nitrure de gallium, silicium, couche tampon, détecteurs d'UV
