On peut atténuer les dommages causés par l'ajout de contacts électriques aux semi-conducteurs sensibles. On utilise pour ce faire une couche tampon et un dépôt optimisé. La manière d'injecter et d'extraire un courant électrique est cruciale dans la conception de tout dispositif à semi-conducteurs. Une équipe dirigée par KAUST a examiné les moyens d'y parvenir sans endommager le dispositif.
Une interface métal-semiconducteur de base peut créer une barrière énergétique potentielle au flux efficace d'électrons, en fonction des propriétés électroniques des deux matériaux. Il est essentiel de choisir soigneusement le matériau de contact. De même pour le processus par lequel ce matériau est déposé sur le semi-conducteur sensible.
Ces considérations de conception sont plus compliquées pour les composants optoélectroniques tels que les diodes électroluminescentes (DEL), les photodétecteurs et les cellules solaires. Ces dispositifs nécessitent effectivement un matériau de contact transparent pour laisser entrer ou sortir la lumière.
Erkan Aydin et Stefaan De Wolf du KAUST Solar Center, ainsi que des co-auteurs de Turquie, des Pays-Bas et d'Espagne, ont présenté une vue d'ensemble du processus permettant d'éviter d'endommager les dispositifs. Ils peuvent en effet s'endommager lors de la création d'électrodes transparentes, en particulier pour une technique connue sous le nom de pulvérisation cathodique.
La pulvérisation consiste à placer le semi-conducteur cible dans une chambre à vide et à l'entourer d'un plasma. Quand on crée un champ électrique entre la cible et la cathode constituée du matériau à pulvériser, les ions du plasma, qui se déplacent rapidement, transfèrent les atomes/molécules de l'une à l'autre.
Technique utile les dommages causés sur les semi-conducteurs sensibles
Cette technique est particulièrement utile pour créer des films minces à faible résistivité et à haute transparence d'oxydes conducteurs transparents (TCO). Des TCO comme l'oxyde d'indium et d'étain (ITO).
Cependant, l'énergie cinétique élevée des ions peut endommager la cible semi-conductrice. Une dégradation suffisamment grave que l'on peut observer à l'aide de microscopes optiques et électroniques. Elle entraîne, par exemple, un fonctionnement moins bon du dispositif, une puissance maximale inférieure dans les cellules solaires. Elle cause aussi un courant de fuite plus élevé dans les LED.
« Il s'agit d'un problème commun à de nombreux dispositifs optoélectroniques. Mais il n'existe pas de solution universelle pour l'atténuer », explique M. Aydin.
Aydin et ses collègues ont passé en revue les stratégies permettant d'atténuer ce dommage. Des stratégies qui atténuent en particulier l'utilisation d'une couche tampon entre le semi-conducteur sensible et l'électrode.
« En règle générale, les couches tampons doivent être capables de tolérer les dommages causés par les particules pendant le processus de pulvérisation. Elles doivent en même temps fonctionner électroniquement et être optiquement transparents », explique Aydin.
Les coauteurs résument les forces et les faiblesses des différents matériaux tampons et leur adéquation à différentes applications optoélectroniques. Ils comparent également de nombreuses techniques pour créer le tampon et donnent un aperçu du développement d'un dépôt sans dommage des TCO sur les dispositifs optoélectroniques à l'avenir.
« Grâce à cette étude exhaustive, nous abordons le problème sous de multiples aspects. Nous donnons ainsi aux lecteurs une compréhension de base de la question. Et nous proposons des enseignements interdisciplinaires », explique M. Aydin.
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