LSPM Le diamant : un candidat sérieux pour l`électronique
publicité
LSPM Le diamant : un candidat sérieux pour l’électronique ? La joaillerie raffole des diamants pour leur exceptionnelle brillance. Sa dureté extrême sert de référence universelle. Mais ce cristal, lorsqu’il est élaboré dans des conditions très spécifiques, possède également des caractéristiques électriques idéales pour des applications en forte tension ou sous des radiations intenses. La mesure de ces caractéristiques ne peut cependant être effectuée qu’avec des dispositifs adaptés. Figure 1 : Un échantillon de diamant recouvert d’une électrode d’aluminium, prêt à être inséré dans le support de caractérisation par mesure de temps de vol. Figure 2 : Schéma du banc de mesure. Figure 3 : Courbes de temps de vol obtenues avec les trous (en noir) et les électrons (en rouge). Le temps de vol extrait des courbes est indiqué. Le diamant est constitué d’atomes de carbone liés selon une structure cubique par des liaisons atomiques extrêmement solides. Ces liaisons donnent au diamant les caractéristiques qu’on lui connaît : sa brillance, traduite par un indice de réfraction très élevé, sa solidité, sa grande conductivité thermique qui lui donne cet aspect froid au toucher… Les propriétés électroniques du diamant, issues de cette structure atomique particulière, sont en revanche moins célèbres. Le diamant est un matériau à grande bande interdite : les électrons sont fortement liés aux atomes de carbone et ne peuvent se déplacer, faisant du diamant un matériau isolant à température ambiante. Cependant, toute charge injectée dans ce matériau se déplace à grande vitesse, grâce à sa mobilité élevée. Cette propriété, ajoutée à la tenue inégalée du diamant aux fortes tensions et à son excellente conductivité thermique permet d’envisager des applications dans l’électronique de puissance ; le diamant est alors rendu conducteur par un dopage au bore. L’opération consiste en l’incorporation d’atomes de bore au sein du diamant : ces atomes apportent des charges électriques capables de circuler et de porter le courant électrique. diamant, en s’appuyant sur les équipements de la salle blanche, la centrale de proximité de Paris 13. Quelle que soit l’application visée, la connaissance précise de la mobilité des charges dans le diamant est cruciale. Pour cela, des mesures de temps de vol dans les dispositifs en diamant non dopé ont été mises en œuvre au LSPM. Un échantillon de diamant non dopé est recouvert de chaque côté d’électrodes métalliques. Des charges électriques sont induites juste sous une électrode dans le diamant par un rayon α, c’est-à-dire un noyau d’hélium. La tension appliquée permet de collecter ces charges à travers la seconde électrode : l’impulsion de courant ainsi obtenue est amplifiée puis mesurée à l’aide d’un oscilloscope. La largeur de cette impulsion est le temps de vol, c’est-à-dire le temps nécessaire pour que les charges traversent le diamant. Plus le temps de vol est court, plus les charges sont mobiles. Fig. 2 contact Laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux (LSPM) CNRS-UPR3407 Directeur : Khaled Hassouni p 01 49 40 34 37 Institut Galilée 4 Fig. 1 Les concepteurs de détecteurs de radiation s’intéressent eux aussi de très près au diamant qui résiste aux rayonnements intenses et peut donc fonctionner en environnement difficile tout en permettant une détection rapide. Les diamants naturels de très haute pureté et qualité étant rares, chers et présentant tous des caractéristiques différentes, les applications électroniques sont envisagées à partir de diamants synthétiques. Les diamants les plus purs sont réalisés par des procédés reproductibles de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma micro-onde (en anglais : Plasma-Assisted Chemical Vapor Deposition ou CVD). Le LSPM a développé une expertise reconnue dans la croissance de diamants dopés ou non et travaille actuellement à la réalisation et à la caractérisation de dispositifs électroniques en Fig. 3 Cette expérience a permis d’obtenir des mobilités aussi hautes que 2200 cm²/Vs pour les électrons comme pour les trous. Ces éléments sont à comparer aux valeurs mesurées dans le silicium respectivement de 1450 cm²/Vs et 450 cm²/Vs. Il faudra donc compter avec le diamant pour les applications électroniques futures. Audrey VALENTIN [email protected]
