– DeltaDiam

Plusieurs équipes européennes, japonaises et américaines pour l'essentiel, tant industrielles que académiques, ont reconnu et commencé à utiliser les énormes possibilités du diamant synthétique pour mettre au point des dispositifs électroniques. Si toutes les propriétés électroniques, thermiques et d'inertie chimique du diamant étaient mises en œuvre simultanément, il en résulterait des performances sans précédent. Les avancées récentes dans la fabrication des substrats de diamant monocristallin synthétique ont ouvert la voie à la croissance épitaxique de toutes les couches nécessaire à l'élaboration de dispositifs électroniques. En particulier la possibilité de doper de façon contrôlée au bore une concentration proche du ppb à plus du % atomique offre une occasion d'obtenir toutes les fonctions permises aux technologies unipolaires à partir du seul diamant. Le présent projet propose d'introduire une couche enterrée ultra-fine (delta-dopée) de forte densité de porteurs (ici des trous) ayant un comportement quasi-métallique qui permettrait d'atteindre une forte conductivité du composant à température ambiante. Cette couche delta-dopée située sous une couche de diamant intrinsèque permet le transport des trous dans cette dernière (canal) et ainsi obtenir les mobilités élevées attendues dans les gaz bidimensionnels de porteurs. Le contrôle de la conductivité du canal est réalisé par un champ électrique perpendiculaire d'intensité suffisante à l'aide d'une grille située au dessus de la couche de diamant. Un transistor à effet de champ à désertion fonctionnant sur ce principe a récemment été présenté par l'association de deux laboratoires (anglais et allemand). D'autres équipes travaillent sur cette technologie mais tous reconnaissent que la compréhension détaillée des phénomènes mis en jeu est loin d'être acquise, ce qui limite l'efficacité de la conception et du dispositif. Afin d'améliorer les performances ultimes d'un tel dispositif grâce à des outils de conception à caractère prédictif, nous proposons de traiter un certain nombre de questions fondamentales comme l'effet de la contrainte en compression dans le plan de la couche « delta-dopée » sur la structure de bande, l'incidence de la réduction de la dimensionalité à 2D sur le transport des trous, la fraction de trous délocalisés hors de la couche métallique comparée aux effets de confinement bidimensionnel du gaz de trous et de son contrôle par le champ électrique. D'après la littérature récente [E. Kohn, A. Denisenko, Thin Solid Films, 515 (2007) 4333], des solutions technologiques à l'état de l'art permettent de faire croître des couches fortement dopées d'une épaisseur nanométrique. Il suffit d'utiliser un réacteur de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma micro-ondes (MPCVD) en faisant en sorte que le temps de séjour et d'introduction des gaz dans la chambre soit suffisamment court. Le projet visera à optimiser ces aspects, avec notamment des modifications différentes des réacteurs MPCVD du LIST et de l'Institut Néel. En ce qui concerne la croissance en elle-même, l'effort de recherche sera axé sur l'homogénéité du dopage au bore dans les couches « delta-dopées » ainsi que la rapidité de la transition aux interfaces dopé/non dopé. Ainsi, les verrous technologiques tels que l'obtention et le contrôle d'une rugosité compatible avec l'épaisseur nanométrique des couches « delta-dopées » et d'isolation de grille, la croissance en épitaxie de la couche « delta-dopée » elle-même et la mise en œuvre de contacts Schottky ou ohmique font tous partie du champ d'expertise des quatre équipes formant le présent consortium. A partir des compétences et du savoir-faire reconnu à ces trois équipes françaises et à celle du synchrotron européen implanté à Grenoble, ces défis devraient pouvoir être relevés avec succès afin d'ouvrir la voie à une nouvelle génération de dispositifs électroniques capable d'endurer des conditions extrêmes sans précédent, qu'il s'agisse de puissance h