Les caractéristiques électroniques d'une interface entre deux semi-conducteurs à large bande interdite sont déterminées par des chercheurs du KAUST :une idée qui contribuera à améliorer l'efficacité des dispositifs électroniques émettant de la lumière et à haute puissance.

Semi-conducteurs, tels que le silicium et le nitrure de gallium, ont des propriétés électriques quelque part entre celles d'un conducteur et d'un isolant. Ils ne permettent au courant de circuler que lorsque les électrons ont suffisamment d'énergie pour surmonter une barrière connue sous le nom de bande interdite. La bande interdite, qui peut être directe ou indirecte, étroit ou large - détermine les propriétés des semi-conducteurs et leurs applications conséquentes.

Matériaux avec une large bande interdite, par exemple, sont utiles dans l'électronique haute puissance car ils ont une tension de claquage plus élevée pour les transistors économes en énergie par rapport aux matériaux à bande interdite étroite, comme le silicium. Ils peuvent également produire de la lumière profondément dans la partie ultraviolette du spectre, ce qui les rend utiles pour la désinfection et la purification de l'eau.

Ces matériaux peuvent être davantage adaptés à une application spécifique en superposant différents semi-conducteurs les uns sur les autres pour créer une soi-disant hétérostructure avec les propriétés souhaitées. Mais il est essentiel de comprendre comment les bandes interdites de deux semi-conducteurs s'alignent lorsque les semi-conducteurs sont réunis de cette manière.

Haiding Sun et le chercheur principal Xiaohang Li de KAUST et ses collègues du Georgia Institute of Technology, rapportent qu'ils ont mesuré expérimentalement l'alignement de deux matériaux émergents à large bande interdite :le nitrure d'aluminium de bore et le nitrure d'aluminium et de gallium.

Le prix Nobel de physique 2014 a été décerné en reconnaissance du développement des diodes électroluminescentes au nitrure de gallium. Mais, par rapport au nitrure de gallium, le nitrure d'aluminium a une bande interdite beaucoup plus grande de 6,1 électronvolts. Ses propriétés électroniques peuvent être ajustées en remplaçant certains des atomes d'aluminium dans le cristal par du bore ou du gallium.

L'équipe a créé une interface entre le nitrure de bore et d'aluminium avec un rapport d'atomes de bore sur aluminium de 14:86 et le nitrure d'aluminium et de gallium avec un rapport de nitrure de gallium de 30:70 sur un substrat de saphir recouvert de nitrure d'aluminium.

Ils ont utilisé la spectroscopie de photoémission à rayons X haute résolution pour mesurer le décalage entre le haut et le bas des bandes interdites des deux matériaux. Ils montrent que les bandes interdites ont un alignement décalé, avec les bords supérieur et inférieur de la bande interdite du Al0.7Ga0.3N inférieur au bord respectif de B0.14Al0.86N.

« Sur la base des résultats expérimentaux, nous pouvons atteindre une quantité beaucoup plus élevée de concentration de porteurs de feuille de gaz d'électrons bidimensionnels dans une telle jonction, " dit Sun. " La détermination de l'alignement des bandes de l'hétérojonction B0.14Al0.86N/Al0.7Ga0.3N fournit un support précieux dans la conception de dispositifs optiques et électroniques basés sur de telles jonctions. "