Comparaison de la structure de bande du GaAs massif et du Si et de l'oscillation induite par NDR dans une diode Gunn. Structures de bande de (a) arséniure de gallium avec bande interdite directe. Les sous-bandes directes et indirectes sont appelées Γ et L valley, respectivement. L'offset énergétique est de 300 meV. (b) Résistance différentielle négative (NDR) pour GaAs en raison de la chute de vitesse pour les électrons qui ont migré vers la bande de masse effective élevée (L). Le NDR émane d'un grand rapport de masse effective de sous-bande de conduction indirecte à directe qui est d'environ 100 pour GaAs. (c) Le réseau électrique montre comment la compensation de la perte d'un résonateur électrique LC à l'aide d'une diode Gunn avec NDR entraîne une oscillation perpétuelle des fréquences micro-ondes. (d) Structure de bande du silicium massif avec un décalage de plus de 1 eV entre les vallées Γ et , ce qui explique pourquoi il n'y a pas de NDR dans le silicium massif. (e) Le deuxième type d'oscillation de Gunn (intrinsèque) est le résultat de la formation auto-répétitive d'un sandwich d'accumulation/d'épuisement à l'intérieur du matériau en vrac qui se déplace avec une vitesse de dérive saturée de la cathode à l'anode. Crédit: Rapports scientifiques (2018). DOI :10.1038/s41598-018-24387-y
Des chercheurs utilisant des superordinateurs puissants ont trouvé un moyen de générer des micro-ondes avec du silicium peu coûteux, une percée qui pourrait réduire considérablement les coûts et améliorer les dispositifs tels que les capteurs dans les véhicules autonomes.
"Jusqu'à maintenant, cela était considéré comme impossible, " a déclaré C.R. Selvakumar, professeur d'ingénierie à l'Université de Waterloo qui a proposé le concept il y a plusieurs années.
Les micro-ondes à haute fréquence transportent des signaux dans une large gamme d'appareils, y compris les unités radar que la police utilise pour attraper les excès de vitesse et les systèmes anticollision dans les voitures.
Les micro-ondes sont généralement générées par des dispositifs appelés diodes Gunn, qui tirent parti des propriétés uniques des matériaux semi-conducteurs coûteux et toxiques tels que l'arséniure de gallium.
Lorsque la tension est appliquée à l'arséniure de gallium puis augmentée, le courant électrique qui le traverse augmente également, mais seulement jusqu'à un certain point. Au-delà de ce point, le courant diminue, une bizarrerie connue sous le nom d'effet Gunn qui se traduit par l'émission de micro-ondes.
Chercheur principal Daryoush Shiri, un ancien doctorant de Waterloo qui travaille maintenant à l'Université de technologie Chalmers en Suède, ont utilisé la nanotechnologie informatique pour montrer que le même effet pouvait être obtenu avec du silicium.
La deuxième substance la plus abondante sur terre, le silicium serait beaucoup plus facile à utiliser pour la fabrication et coûterait environ un vingtième autant que l'arséniure de gallium.
La nouvelle technologie implique des nanofils de silicium si petits qu'il en faudrait 100, 000 d'entre eux regroupés pour égaler l'épaisseur d'un cheveu humain.
Des modèles informatiques complexes ont montré que si les nanofils de silicium étaient étirés lorsqu'une tension leur était appliquée, l'effet Gunn, et donc l'émission de micro-ondes, pourrait être induit.
"Avec l'avènement de nouvelles méthodes de nano-fabrication, il est désormais facile de mettre en forme du silicium massif sous forme de nanofils et de l'utiliser à cette fin, " dit Shiri.
Selvakumar a déclaré que le travail théorique est la première étape d'un processus de développement qui pourrait conduire à beaucoup moins cher, dispositifs plus flexibles pour la génération de micro-ondes.
Le mécanisme d'étirement pourrait également servir d'interrupteur pour activer et désactiver l'effet, ou faire varier la fréquence des micro-ondes pour une foule de nouvelles applications qui n'ont même pas encore été imaginées.
"Ce n'est que le commencement, " dit Selvakumar, professeur de génie électrique et informatique. "Maintenant, nous allons voir où il va, comment cela va se ramifier."
Shiri a également collaboré avec les chercheurs Amit Verma, Reza Nekovei, Andreas Isacsson et M.P. Anantram dans des universités aux États-Unis et en Suède.
Leurs travaux ont été récemment publiés dans la revue Rapports scientifiques .
