Bien que le silicium soit le matériau semi-conducteur le plus utilisé dans l’industrie électronique, ou encore dans l’industrie du solaire avec les cellules photovoltaïques, il n’est pas pour autant le plus efficace.
Par exemple, les semi-conducteurs en arséniure de gallium et ses dérivés offrent presque le double d’efficacité que le silicium dans les dispositifs solaires, mais ces derniers sont rarement utilisés dans des applications à grande échelle en raison de leur coût élevé de fabrication.
Des chercheurs de l’Université de l’Illinois ont exploré différents moyens de réduire les coûts de fabrication du film en couches minces en arséniure de gallium qui offrent une opportunité d’être incorporé dans des interfaces électroniques.
« Si vous pouvez réduire considérablement le coût de l’arséniure de gallium et d’autres semi-conducteurs dérivés, alors vous pouvez élargir la gamme d’applications », a déclaré le professeur John Rogers, et Lee J. Flory fondateur de la Chaire en génie de l’innovation.
En règle générale, l’arséniure de gallium est déposée en une seule couche mince sur un wafer de petite taille. Le dispositif peut être conçu directement sur le wafer, ou sur la plaquette de semi-conducteur découpée dans la taille désirée. Les chercheurs de l’Illinois ont décidé de déposer des couches multiples de matière sur une seule plaquette, créant au final un empilement d’arséniure de gallium.
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"Si vous superposez 10 couches ensemble en un seul endroit, il vous suffira alors de charger la plaquette en une seule fois," indique Li, professeur de génie électrique et informatique. "Si vous faites cela sur 10 endroits différents, le chargement et le déchargement associés à une température montante et descendante risquent de prendre beaucoup de temps. Si l’on prend en considération ce qui est requis pour chaque opération – la machine, la préparation, le temps, le personnel – notre approche permet de réduire les coûts d’une manière significative."
Ces films, qui sont minces et flexibles, peuvent être placés sur des substrats flexibles tels que le plastique, puis conditionnés pour créer des cellules solaires performantes.
La technique multicouches "est très attrayante car elle rend le procédé de fabrication très évolutif et potentiellement rentable ; cela permettrait d’utiliser de l’arséniure de gallium à grande échelle", a expliqué Ali Javey , professeur de génie électrique et d’informatique à l’Université de Californie, à Berkeley.
Dans un document publié le 20 mai dans la revue Nature, le groupe de scientifiques y décrit ses méthodes et montre trois types de dispositifs utilisant tous des puces en arséniure de gallium fabriquées avec des empilements multicouches : des capteurs d’image, des transistors à haute vitesse et des cellules solaires. Les auteurs fournissent aussi une comparaison détaillée des coûts.
