(Phys.org) — Des chercheurs du Pacific Northwest National Laboratory ont découvert les caractéristiques d'un contact électrique à faible résistance avec le titanate de strontium, SrTiO 3 , un important semi-conducteur d'oxyde prototype. Les oxydes sont susceptibles d'être des matériaux importants dans les appareils électroniques de prochaine génération, et ils doivent être extrêmement petits. Faire entrer et sortir des signaux électriques des semi-conducteurs à oxyde est difficile car une grande barrière énergétique se développe généralement à la jonction avec les contacts métalliques. Des contacts métalliques sont nécessaires pour faire entrer et sortir de l'électricité d'un dispositif semi-conducteur de la même manière que des câbles de démarrage sont nécessaires pour transférer l'énergie d'une batterie de voiture saine à une batterie à plat. Ce travail montre comment éliminer cette barrière tout en gardant la zone de contact extrêmement petite, au niveau du nanomètre.

Que ce soit pour des systèmes de défense avancés ou des produits de consommation, nous, en tant que nation, sommes toujours à la recherche de meilleures performances et de nouvelles fonctionnalités de nos technologies de communication. Encore, les limites de ce qui peut être réalisé avec les semi-conducteurs conventionnels, comme le silicium, sont clairement à l'horizon. Ce travail représente une avancée importante dans l'utilisation des oxydes, qui par leur nature même physique permettent d'envisager et de mettre en œuvre de nouvelles fonctionnalités électroniques.

Des films cristallins de chrome métallique ont été déposés sur des surfaces monocristallines de titanate de strontium sous ultravide par épitaxie par faisceau moléculaire. Les hétérojonctions résultantes, où deux matériaux différents entrent en contact, ont été caractérisés par microscopie électronique à transmission à balayage, spectroscopie de perte d'énergie électronique, spectroscopie photoélectronique ultraviolette et rayons X, et la modélisation théorique des premiers principes basée sur la théorie de la fonctionnelle de la densité. Des travaux antérieurs des mêmes chercheurs du PNNL avaient montré que la résistance électrique de cette jonction est aussi faible que jamais mesurée, mais les raisons de ce résultat n'étaient pas connues.

D'autres métallisations à faible résistance sont connues, mais leur formation implique un mélange quelque peu désordonné de métaux et ce qui est effectivement une fusion localisée à la jonction. Cette approche n'est pas utile pour les dispositifs à l'échelle nanométrique en raison de l'étalement latéral résultant de l'alliage à la jonction.

Une enquête détaillée a montré que l'équivalent de 1 ou 2 couches atomiques de chrome diffuse dans le titanate de strontium, occuper des sites interstitiels, et ancrer le reste du film à l'oxyde, résultant en une forte adhérence. Les atomes de chrome diffusés transfèrent également des électrons aux atomes de titane dans les quelques plans atomiques supérieurs, éliminer efficacement la barrière énergétique qui serait autrement présente si cette diffusion et ce transfert de charge n'avaient pas eu lieu, et convertir la surface du titanate de strontium en un métal. La jonction résultante est donc une interface « métal/métal » plutôt qu'une interface « métal/semi-conducteur ». Mais, contrairement aux autres interfaces métal/oxyde à faible résistance de contact, cette jonction est structurellement et compositionnellement bien définie et presque atomiquement abrupte.

L'électronique en général et les ordinateurs en particulier représentent une consommation d'énergie importante à travers le monde. Ce travail montre comment la dissipation de puissance peut être réduite dans le fonctionnement d'un dispositif utilisant un oxyde semi-conducteur comme ingrédient actif. L'étape suivante consiste à utiliser du chrome cristallin comme contact électrique dans des structures multicouches plus avancées qui pourraient être utiles non seulement dans l'électronique des oxydes, mais aussi dans les cellules solaires à base d'oxyde. D'autres travaux futurs impliquent la recherche d'autres métaux qui ont les mêmes propriétés utiles que le chrome à cette fin.