La mobilité est un paramètre clé de la performance des semi-conducteurs et est liée à la vitesse et à la facilité avec lesquelles les électrons peuvent se déplacer à l’intérieur d’une substance. Les chercheurs ont obtenu la plus grande mobilité jamais enregistrée parmi les couches minces de dioxyde d’étain. Cette grande mobilité pourrait permettre aux ingénieurs de créer des semi-conducteurs de dioxyde d’étain minces et même transparents qui seraient utilisés dans les lampes LED de la prochaine génération, les panneaux solaires photovoltaïques ou les technologies d’affichage sensibles au toucher.
L’étain et l’oxygène sont des éléments très familiers, et lorsqu’ils sont combinés d’une certaine manière pour devenir du dioxyde d’étain, le matériau peut être transformé en un semi-conducteur. Les semi-conducteurs sont fondamentaux pour la plupart de nos technologies et sont à la base des puces d’ordinateur, des panneaux solaires entre autres.
Depuis les années 1960, le dioxyde d’étain a trouvé une utilisation spécifique dans des applications industrielles comme les capteurs de gaz et les électrodes transparentes pour les dispositifs solaires. Ce matériau est efficace en raison de sa grande mobilité. Pour la plupart des applications, plus c’est haut, mieux c’est. Cependant, la grande mobilité de l’oxyde d’étain n’existait jusqu’à présent que dans les gros cristaux en vrac.
« Nous avons démontré la plus grande mobilité jamais atteinte dans un film mince d’oxyde d’étain. Une meilleure mobilité améliore non seulement la conductivité mais aussi la transparence du matériau« , a déclaré Shoichiro Nakao, un chercheur du département de chimie de l’université de Tokyo. « En général, la transparence et la conductivité ne peuvent pas coexister dans un matériau. Les matériaux transparents typiques tels que le verre ou le plastique sont isolants, alors que les matériaux conducteurs comme les métaux sont opaques. Peu de matériaux présentent une conductivité transparente – c’est très intéressant ! »
Plus un semi-conducteur est transparent, plus il peut laisser passer la lumière. Nakao et son équipe ont fabriqué une fine pellicule d’oxyde d’étain qui laisse passer la lumière visible et la lumière proche infrarouge. C’est un grand avantage pour l’efficacité de conversion de l’énergie des panneaux solaires photovoltaïques, mais d’autres utilisations pourraient inclure des écrans tactiles améliorés avec une précision et une réactivité encore meilleures, ou des lumières LED plus efficaces.
« Notre méthode de production était essentielle pour créer une substance dotée de ces propriétés. Nous avons utilisé un laser hautement focalisé pour évaporer des pastilles de dioxyde d’étain pur et déposer ou cultiver la matière exactement comme nous le voulions« , a déclaré M. Nakao. « Un tel processus nous permet d’explorer différentes conditions de croissance ainsi que la manière d’incorporer des substances supplémentaires. Cela signifie que nous pouvons doter les semi-conducteurs de dioxyde d’étain d’une grande mobilité et de fonctionnalités utiles« .
Michitaka Fukumoto, Shoichiro Nakao, Kei Shigematsu, Daisuke Ogawa, Kazuo Morikawa, Yasushi Hirose, and Tetsuya Hasegawa. High mobility approaching the intrinsic limit in Ta-doped SnO2 films epitaxially grown on TiO2 (001) substrates. Scientific Reports. DOI: 10.1038/s41598-020-63800-3
