Un film mince sans défaut d'iodure cuivreux, composé d'un seul cristal, a été fabriqué par les physiciens de RIKEN. L'échantillon atomiquement plat est un coup de pouce pour produire de meilleurs semi-conducteurs.

Les semi-conducteurs sont au cœur de nombreux dispositifs optoélectroniques, notamment les lasers et les diodes électroluminescentes (DEL). Les ingénieurs aimeraient utiliser l'iodure cuivreux, un exemple de composé halogénure, pour les semi-conducteurs, car c'est un excellent conducteur stable au-dessus de la température ambiante. Le problème est qu'il est difficile de fabriquer un film véritablement mince d'iodure cuivreux sans impuretés. La méthode habituelle consiste à déposer le film à partir d'une solution. "Mais un processus de solution ne peut pas faire un film mince de haute qualité à partir d'iodure cuivreux, " déclare Masao Nakamura du RIKEN Center for Emergent Matter Science.

Au lieu, Nakamura et ses collègues ont utilisé une technique alternative connue sous le nom d'épitaxie par faisceau moléculaire, dans lequel le film est progressivement développé au-dessus d'un substrat, à température élevée et sous vide. L'épitaxie par faisceau moléculaire est déjà couramment utilisée dans la fabrication de semi-conducteurs. Mais il est difficile à utiliser pour l'iodure cuivreux car le matériau est très volatil, ce qui signifie qu'il s'évapore facilement pendant le processus, plutôt que de s'installer dans un film. Pour surmonter cette difficulté, l'équipe a commencé à faire pousser son film à une température plus basse, puis a augmenté la température. "Ce processus en deux étapes que nous avons récemment développé était très efficace, " dit Nakamura.

L'équipe avait une autre astuce pour augmenter la qualité de leur film. Ils ont choisi l'arséniure d'indium comme substrat car son espacement de réseau est très similaire à celui de l'iodure cuivreux. "Si l'espacement du réseau n'est pas bien adapté, de nombreux défauts se formeront dans le matériau, " explique Nakamura.

Nakamura et ses collègues ont ensuite testé la pureté de leur échantillon à l'aide d'une technique appelée spectroscopie de photoluminescence, qui consiste à tirer des photons, ou des particules de lumière, à la surface du matériau. Ces photons sont absorbés par le matériau, excitant ses électrons à un état d'énergie plus élevé et les obligeant à émettre de nouveaux photons (Fig. 1). Le suivi de la lumière émise a permis à l'équipe de déterminer qu'ils avaient créé un film monocristallin, exempt de défauts. "Nous nous attendions à ce que la qualité s'améliore en utilisant notre méthode, ", dit Nakamura. "Mais les résultats ont dépassé nos attentes."

Nakamura et son équipe prévoient maintenant de prendre en sandwich des semi-conducteurs composés de différents halogénures et d'étudier les nouvelles propriétés qui se présentent. « Nous explorerons les nouvelles fonctionnalités émergentes et la physique aux interfaces aux halogénures, " dit Nakamura.