Une équipe de chercheurs de l'Institut israélien de technologie a développé un nouveau condensateur avec une structure de diode métal-isolant-semi-conducteur (MIS) qui est accordable par illumination. Le condensateur, qui contient des nanoparticules métalliques incrustées, est similaire à une diode métal-isolant-métal (MIM), sauf que la capacité du nouveau dispositif dépend de l'éclairement et présente une forte dispersion en fréquence, permettant un haut degré d'accordabilité.

Ce nouveau condensateur a le potentiel d'améliorer la capacité sans fil pour le traitement de l'information, détection et télécommunications. Les chercheurs rapportent leurs découvertes cette semaine dans le Journal de physique appliquée .

"Nous avons développé un condensateur avec la capacité unique d'ajuster la capacité par grandes quantités en utilisant la lumière. De tels changements ne sont possibles dans aucun autre appareil, " dit Gadi Eisenstein, professeur et directeur du Russell Berrie Nanotechnology Institute au Technion Israel Institute of Technology à Haïfa et co-auteur de l'article. "La photosensibilité observée de cette structure de diode MIS étend son potentiel dans les circuits optoélectroniques qui peuvent être utilisés comme condensateur variable sensible à la lumière dans les circuits de télédétection."

Les diodes MIM sont des éléments communs dans les appareils électroniques, en particulier ceux utilisant des circuits radiofréquence. Ils comprennent des électrodes à plaques métalliques à couche mince qui sont séparées par un isolant. Comme la structure MIM, le nouveau condensateur MIS des chercheurs est indépendant de la polarisation, ce qui signifie que la capacité constante est indépendante de sa tension d'alimentation. Les condensateurs indépendants du biais sont importants pour une linéarité élevée, et donc une prévisibilité directe, des performances du circuit.

"Nous avons démontré que notre structure MIS est supérieure à une diode MIM standard, " a déclaré Vissarion (Beso) Mikhelashvili, chercheur principal à l'Institut israélien de technologie et également co-auteur de l'article. "D'une part, il possède toutes les fonctionnalités d'un appareil MIM, mais la capacité indépendante de la tension est accordable par la lumière, ce qui signifie que la fonctionnalité de réglage peut être incorporée dans des circuits photoniques."

"L'illumination provoque un double effet, " dit Eisenstein. " D'abord, l'excitation d'états pièges renforce la polarisation interne. Seconde, il augmente la densité de porteurs minoritaires (en raison de la génération de photo) et réduit la largeur de la région d'appauvrissement. Ce changement modifie la capacité."

Les chercheurs ont créé trois structures MIS, fabriqué sur un substrat de silicium massif, à base d'un empilement diélectrique multicouche, composé d'un mince film thermique de dioxyde de silicium et d'une couche d'oxyde d'hafnium. Les deux couches étaient séparées par des sous-couches de fluorure de strontium (SrF2) dans lesquelles du fer (Fe, des nanoparticules de fer) ou de cobalt (Co) ont été incrustées.

Les chercheurs ont découvert que le processus de fluoration-oxydation des atomes de fer provoque la formation d'un gradient dans l'état de valence des ions fer à travers la couche active, ce qui se traduit par la génération d'une polarisation électronique. La polarisation provoque une région d'appauvrissement indépendante du biais et donc une caractéristique de type MIM.

Quatre structures supplémentaires ont été préparées à des fins de comparaison :deux n'avaient pas les sous-couches SrF2 et l'une d'entre elles a été préparée sans le film de fer. Les deux autres structures contenaient du SrF2 :l'une n'avait pas de cobalt et la seconde comprenait une couche de Co d'un nanomètre.

La comparaison avec d'autres condensateurs MIS contenant les nanoparticules métalliques avec ou sans les sous-couches SrF2 a conduit à la conclusion sans équivoque que seuls les dispositifs constitués de la combinaison de Fe et SrF2 transforment la structure MIS en une structure photosensible de type MIM.