Quand les semi-conducteurs défient les hautes températures

L’omniprésence des semi-conducteurs en silicium (Si) dans les appareils électriques est indéniable. Ils sont intrinsèquement liés à notre quotidien. Cependant, dans des environnements à haute température, dépassant 300°C, tels que le forage de ressources souterraines, l’exploration spatiale et les périphériques de moteurs, des matériaux semi-conducteurs améliorés sont nécessaires du fait de la plage opérationnelle limitée des dispositifs à base de Si.

Les semi-conducteurs à large bande interdite sont privilégiés pour l’électronique haute température. Actuellement, les cristaux de nitride d’aluminium (AlN) figurent parmi les matériaux les plus prometteurs pour les dispositifs haute température car ils possèdent une plus grande énergie de bande interdite par rapport aux autres semi-conducteurs.

De nombreuses études ont rapporté des diodes et des transistors AlN capables de fonctionner à des températures supérieures à la température ambiante. Toutefois, les températures maximales de fonctionnement de ces dispositifs AlN sont limitées à 500°C ou moins en raison de problèmes techniques liés aux systèmes de caractérisation électrique.

Une nouvelle étape franchie grâce à une technologie innovante

Cette étude présente la fabrication et l’évaluation de diodes et de transistors de haute qualité à couches AlN à l’aide d’un système de caractérisation électrique innovant capable de fonctionner à des températures allant jusqu’à 900°C.

Les chercheurs de l’Université de Tsukuba ont réussi une démonstration impressionnante du fonctionnement de la diode à 827°C, surpassant tous les records précédents, et les transistors ont fonctionné à 727°C. De plus, les électrodes en nickel dans les dispositifs AlN sont restées stables même à 827°C.

Notons que ces dispositifs AlN sont pratiquement réalisables car les couches d’AlN sont développées sur de grands substrats de saphir à faible coût. Par ailleurs, les dispositifs AlN présentent une structure simple.

Des perspectives excitantes pour les industries à haute température

Cette recherche a ouvert la voie à des dispositifs semi-conducteurs opérationnels dans des environnements sévères (>800°C). Ces dispositifs AlN devraient être utilisés dans des industries à haute température comme l’exploitation minière souterraine, la production d’acier, l’exploration spatiale et l’aviation.

En synthèse

Cette étude marque un tournant majeur dans le domaine des semi-conducteurs. L’exploit de l’opérationnalité des dispositifs AlN à des températures extrêmement élevées ouvre de nouvelles perspectives pour de nombreuses industries opérant dans des conditions difficiles. De plus, l’utilisation de substrats de saphir à faible coût et la simplicité de la structure des dispositifs AlN rendent cette technologie à la fois accessible et pratique.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’un semi-conducteur ?

Un semi-conducteur est un matériau qui a la capacité de conduire l’électricité sous certaines conditions, le rendant idéal pour les dispositifs électroniques.

Pourquoi le nitride d’aluminium est-il utilisé ?

Le nitride d’aluminium est utilisé pour sa capacité à résister à des températures élevées et pour sa plus grande énergie de bande interdite, qui est préférable pour les dispositifs électroniques haute température.

Quels sont les avantages des dispositifs AlN ?

Les dispositifs AlN peuvent fonctionner dans des environnements sévères dépassant 800°C, et leur structure est simple et construite sur des substrats de saphir à faible coût, rendant la technologie accessible et pratique.

Titre de l’article : « Temperature dependence of electrical characteristics of Si-implanted AlN layers on sapphire substrates » / Journal : Applied Physics Express – DOI : 10.35848/1882-0786/acdcde