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   Les semiconducteurs sont très utilisés en électronique : ils sont à la base des transistors (invention des laboratoires BELL dans les années 50). La taille des transistors est divisée par deux tous les 18 mois environ alors que la puissance des processeurs qui les intègre double dans le même délai (loi de Moore).
En fait ce n'est pas la taille mais l'épaisseur des couches semiconductrices qui diminue. Les semiconducteurs sont obtenus par épitaxie par jet moléculaire , méthode utilisée au CRHEA où les épaisseurs des différentes couches sont de l'ordre de 1Å ce qui est de l'ordre de la taille d'un atome.
 
 
 
   En électronique on différencie trois types de matérieux : les isolants, les conducteurs et les semiconducteurs.

Dans ces matériaux, les électrons de la couche externe de chaque atome participent aux liaisons atomiques : c'est la bande de valence. La conduction de l'électricité dans un matériau donné est caractérisée par le déplacement des charges qu'il contient en réponse à une tension qu'on lui applique. Pour avoir conduction de l'électricité il faut fournir assez d'énergie à ces électrons pour qu'ils franchissent la bande interdite qui sépare la bande de valence de la bande de conduction. Celle-ci est plus ou moins large suivant le matériau que l'on considère.
 
 
 
 
 
                             Gap dans differents materiaux :
 
 
a . Dans les métaux la bande interdite n'existe pas et les électrons de valence peuvent se déplacer librement, la conduction est aisée.
b . Dans les isolants la bande interdite est très large et les électrons de valence forment des liaisons solides avec les atomes voisins, liaisons très difficiles à briser.
c . Dans les semiconducteurs la bande interdite n'est pas très large (de l'ordre de 1eV) et quelques liaisons sont brisées. Il y a donc une faible conduction mais tout de même conduction. Cette propriété des semiconducteurs dépend très largement de divers facteurs comme la température : à basse température, il ont un caractère plutôt isolant tandis qu'à haute température leur comportement se rapproche de celui des conducteurs.

 

 

   Les semiconducteurs III-V (resp. II-VI) sont des corps composés : ils contiennent en proportion égale des éléments de la colonne III (resp. II) et des éléments de la colonne V (resp. VI) de la classification périodique.
On peut ainsi avoir des corps binaires (ex : ZnS, CdS, GaAs,...), ternaires (ex : GaAlAs,...) ou quaternaires.

   Ce type de variation est très important car il permet de déterminer la composition de tout alliage susceptible d'être déposé sur un substrat par épitaxie.

   Parmi les semiconducteurs on distingue deux grandes catégories : les semiconducteurs intrinsèques et les semiconducteurs extrinsèques.
La conduction dans un matériau est le déplacement des charges électriques négatives réelles (électrons), qui engendre un déplacement de charge électriques positives fictives (trous ou lacunes) dans le sens opposé (sens conventionnel du courant).


   Un semiconducteur est dit intrinsèque s'il possède très peu d'impureté : actuellement c'est le germanium Ga qui est le semiconducteur le plus pur que l'on sache fabriquer. La quantité d'électrons qui peuvent agir dans la conduction n'est fonction que de la température du semiconducteur intrinséque. C'est semiconducteurs ont peu d'applications pratiques (thermistances, capteurs,...).


   Un semiconducteur est dit extrinsèque lorsqu'il contient des "impuretés", c'est impuretés pouvant apporter des électrons participant à la conduction (éléments de V° colonne comme P, on obtient alors un semiconducteur N) ou diminuant le nombre d'électrons participant à la conduction (éléments de III° colonne comme B, on obtient un semiconducteur de type P) : l'introduction de ces impuretés agit directement sur la bande interdite est donc sur le caractère résistif-conducteur d'un matériau semiconducteur. La concentration d'impureté caractérise le caractère semiconducteur du matériau extrinsèque. Ces matériaux on beaucoup plus d'application que les semiconducteurs intrinsèques (transistors, diodes,...).

 
 
 
 
 
 
Schéma de semiconducteurs extrinsèques : type N (SiP)
 
 
 
 
 
 
Schéma de semiconducteurs intrinsèques : type P (SiB)
 
 
Les propriétés connues et maîtrisées des semiconducteurs sont des propriété "macroscopiques" ne concernant que des matériaux de dimension de l'ordre de 1µm et plus.
Les propriétés de ces matériaux à l'échelle nanométrique sont mal connues et relève de la physique quantique : pour étudier ces propriétés il faut tout d'abord disposer de telles structures.
 C'est l'intérêt du procédé expérimental que l'on va voir, l'épitaxie par jet moléculaire.