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L'épitaxie : un facteur essentiel pour les dispositifs du futur


​​​​​​​​L'épitaxie est devenue un processus clé dans le développement de dispositifs reposant sur des substrats. Si l'épitaxie fait référence à la capacité générale de faire croître des cristaux ou de déposer un matériau sur un substrat, il existe de nombreux types d'épitaxie, qui ont chacun leur propre champ d'application. L'expertise du CEA-Leti couvre un large éventail d'applications, y compris des travaux récents sur l'épitaxie des nitrures, particulièrement adaptée aux transistors de puissance ou de radiofréquence ainsi qu'aux micro-LEDs.

Publié le 23 mai 2024

Croissance cristal sur cristal : la maîtrise d'un art complexe​

Au CEA-Leti, les chercheurs travaillent sur une variété de matériaux à base de silicium (Si), germanium (Ge) et étain (Sn) ou de nitrures de gallium (Ga), aluminium (Al) et indium (In). Le cœur du problème pour un spécialiste de l'épitaxie est de faire croître un cristal sur un autre cristal en minimisant les contraintes des couches épitaxiées et tout en évitant la formation de défauts. Pour réaliser des dispositifs innovants, les chercheurs du CEA-Leti déposent des empilements complexes de divers matériaux afin de créer des couches simples ou multiples dont l’épaisseur peut mesurer plusieurs centaines de nanomètres.​


​"Dans le cas des nitrures, nous cherchons à développer des transistors de puissance et de radiofréquence ainsi que des micro-LEDs pour divers secteurs tels que l'industrie automobile, les communications et les micro-écrans", explique Amélie Dussaigne, chercheuse, experte en materiaux III-N au CEA-Leti. "Un de nos défis dans le domaine des micro-écrans est d’obtenir les trois pixels rouge, vert, bleu, épitaxiés sur le même substrat (avec une émission rouge efficace grâce à une structure tout InGaN). Nous avons récemment réalisé des pixels bleus et verts sur le même substrat. Des zones actives homogènes émettant dans la gamme rouge ont également été obtenues, grâce à une approche d'épitaxie innovante qui permet d’incorporer jusqu'à 45 % d'indium (In)."​

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L'épitaxie au service des applications FD-SOI​

Le CEA-Leti est connu dans le monde entier pour son développement précurseur de la technologie FD-SOI sur des plaques de silicium de 300 mm. L'un des éléments clés du succès de cette technologie est la création de contacts électriques optimisés en diminuant les courants de fuites. Afin d'obtenir une jonction efficace, les chercheurs ont dû comprendre comment épaissir sélectivement les zones source et drain des transistors N-MOS en utilisant du silicium dopé in-situ au phosphore (Si:P) par épitaxie. ​


"L'utilisation du Si:P réduit la résistance des points de jonction des contacts électriques et améliore fortement l'intensité du courant électrique. En 2023, nous avons fortement optimisé les propriétés du matériau Si:P par épitaxie et avons pu améliorer les performances du transistor de 50 %", souligne Joël Kanyandekwe, ingénieur de recherche en épitaxie au CEA-Leti. ​


Une nouvelle génération d'épitaxie Si:P à basse température est actuellement en cours de développement dans nos laboratoires de recherche afin d'incorporer encore plus de phosphore ionisés dans les zones d’intérêt du transistor. ​

En plus des travaux sur les transistors N-MOS, les chercheurs du CEA-Leti innovent pour améliorer les performances des transistors P-MOS. Au lieu d'utiliser le Si:P, les chercheurs développent un procédé d'épitaxie qui repose sur le silicium-germanium dopé au bore (SiGe:B). Cette approche permettra aux futures générations de procédés d'épitaxie de répondre aux besoins de la technologie FD-SOI 10nm.​

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