En ajoutant une couche supplémentaire d'atomes à des semi-conducteurs déjà infiniment petits, une nouvelle génération d'appareils électriques devient possible. Ce travail pour construire une électronique meilleure et plus rapide est bien avancé, mais on savait peu de choses sur la façon de tester les ingrédients de ces appareils pour en garantir les performances. Maintenant, des chercheurs du Nagoya Institute of Technology (NITech) au Japon ont développé une méthode pour s'assurer que les connexions entre la couche bidimensionnelle d'atomes et les semi-conducteurs sont aussi parfaites que possible.

Les chercheurs ont publié leurs résultats le 15 avril dans Lettres de physique appliquée .

Ils ont appliqué une couche de graphène sur du nitrure de gallium, un semi-conducteur couramment utilisé. Le graphène est constitué d'une seule couche d'atomes, tandis que le nitrure de gallium est une structure tridimensionnelle. Ensemble, le graphène et le nitrure de gallium sont connus comme un dispositif à hétérojonction, avec une sensibilité significative aux propriétés d'interface du métal et des semi-conducteurs.

Selon Golap Kalita Ph.D., professeur agrégé à NITech, comprendre les dispositifs à hétérojonction GaN et comment les améliorer est essentiel pour de meilleures performances des dispositifs.

"Notre équipe a trouvé un moyen de déterminer les propriétés d'interface de l'hétérojonction graphène et nitrure de gallium en caractérisant le dispositif sous illumination ultraviolette, " a déclaré Kalita.

L'interface entre le graphène et le nitrure de gallium doit être exempte d'impuretés, en particulier ceux qui tirent de l'énergie de la lumière. Lorsque les chercheurs ont projeté une lumière ultraviolette (UV) sur le dispositif à hétérojonction, ils ont trouvé des électrons photo-excités (excitons) piégés à l'interface et interférant avec le transfert d'informations.

Le nitrure de gallium contient des défauts au niveau de la surface et d'autres imperfections qui permettent à ces électrons photo-excités d'être piégés à l'interface.

"Nous avons constaté que les états d'interface du graphène et du nitrure de gallium ont une influence significative sur le comportement de la jonction et les propriétés de l'appareil, " a déclaré Kalita.

L'une de ces propriétés est appelée hystérésis électrique. Il s'agit d'un phénomène dans lequel les électrons sont piégés à l'interface, ce qui entraîne un changement de comportement dans l'appareil. Le piégeage des électrons est extrêmement sensible à la lumière UV. Cela signifie qu'une fois que la lumière UV est dirigée sur l'hétérojonction, les électrons excités se peuplent à l'interface et restent comme piégés, créant une grande fenêtre d'hystérésis.

Cependant, lorsque les chercheurs ont appliqué une couche de graphène plus raffinée au nitrure de gallium, ils n'ont vu aucun effet d'hystérésis sans éclairage lumineux, impliquant une correspondance plus nette à l'interface. Mais ce n'était pas parfait - l'éclairage UV a incité les électrons photo-excités à un comportement frénétique en raison de défauts inhérents au nitrure de gallium.

"Cette découverte a montré que l'interface d'hétérojonction graphène/GaN peut être évaluée par le processus d'éclairage ultraviolet, " a déclaré Kalita.

La capacité d'évaluer la pureté de l'interface est inestimable dans le développement d'appareils performants, selon les chercheurs.

"Cette étude ouvrira de nouvelles possibilités pour caractériser d'autres interfaces à hétérojonction par un procédé d'illumination en lumière ultraviolette, " dit Kalita. " En fin de compte, notre objectif est de comprendre l'interface de diverses hétérostructures bidimensionnelles et tridimensionnelles pour développer de nouveaux dispositifs optoélectroniques avec du graphène."