Des chercheurs du Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), l'Université de technologie de Vienne et l'Université Maria Curie-Sklodowska de Lublin ont réussi à intégrer des cristaux semi-conducteurs presque parfaits dans un nanofil de silicium. Avec cette nouvelle méthode de production de nanofils hybrides, des unités de traitement très rapides et multifonctionnelles pourront à l'avenir être logées sur une seule puce. Les résultats de la recherche seront publiés dans la revue Nano-recherche .

La nano-optoélectronique est considérée comme la pierre angulaire de la future technologie des puces, mais la recherche est confrontée à des défis majeurs :d'une part, les composants électroniques doivent être logés dans des espaces de plus en plus petits. D'autre part, ce que l'on appelle les semi-conducteurs composés doivent être intégrés dans des matériaux conventionnels. Contrairement au silicium, bon nombre de ces semi-conducteurs à mobilité électronique extrêmement élevée pourraient améliorer les performances de la technologie CMOS à base de silicium la plus moderne.

Des scientifiques de la HZDR, L'université de technologie de Vienne et l'université Maria Curie-Skłodowska de Lublin se sont maintenant rapprochées de ces deux objectifs :elles ont intégré des cristaux semi-conducteurs composés d'arséniure d'indium (InAs) dans des nanofils de silicium, qui sont parfaitement adaptés à la construction de puces de plus en plus compactes.

Cette intégration de cristaux était jusqu'à présent le plus grand obstacle pour de tels "hétéro-nanofils" :au-delà du domaine nanométrique, l'inadéquation du réseau cristallin a toujours conduit à de nombreux défauts. Les chercheurs ont maintenant réussi pour la première fois une production et une intégration presque parfaites des cristaux d'InAs dans les nanofils.

Les atomes implantés forment des cristaux en phase liquide

Pour mener à bien ce processus, la synthèse par faisceau d'ions et le traitement thermique avec des lampes flash au xénon ont été utilisés, deux technologies dans lesquelles le Ion Beam Center du HZDR a une expérience de plusieurs années. Les scientifiques devaient initialement introduire un nombre déterminé d'atomes précisément dans les fils par implantation ionique. Ils ont ensuite effectué le recuit à la lampe flash des fils de silicium dans leur phase liquide en l'espace de vingt millisecondes seulement. "Une coquille d'oxyde de silicium, mesurant seulement quinze nanomètres d'épaisseur, conserve la forme du nanofil liquide, " explique le scientifique du HZDR, le Dr Slawomir Prucnal, "tandis que les atomes implantés forment les cristaux d'arséniure d'indium."

Dr Wolfgang Skorupa, le chef du groupe de recherche ajoute :« Les atomes diffusent dans la phase liquide-silicium si rapidement qu'en quelques millisecondes, ils forment des monocristaux sans défaut délimités par leur environnement avec des interfaces presque parfaites. A l'étape suivante, les scientifiques veulent implémenter différents semi-conducteurs composés dans des nanofils de silicium et également optimiser la taille et la distribution des cristaux.