La demande d’électronique robuste résistant à des contraintes très sévères stimule la recherche d’alternatives aux dispositifs actuels à base de silicium. Isabelle Monnet et ses collègues de l’équipe Matériaux, défauts et irradiation (MADIR) du laboratoire CIMAP, étudient le comportement du nitrure de gallium (GaN) en raison, notamment, de sa résistance aux rayonnements.
Le nitrure de gallium, très résistant aux rayonnements, laisse entrevoir une utilisation pour la prochaine génération d’électronique spatiale, par exemple. Toutefois, sa réponse aux ions lourds très énergétique est encore mal comprise. « Les faisceaux d’ions lourds rapides (SHI) du GANIL permettent de simuler en laboratoire les effets d’un environnement spatial (irradiation par les rayons cosmiques, vents solaires…) sur ce matériau semi-conducteur de troisième génération de la famille des nitrures III-V, présente Isabelle Monnet, membre de l’équipe MADIR du laboratoire CIMAP. Nous cherchons à comprendre et à maîtriser les modifications au cœur du GaN induites lors d’irradiations en collaboration avec l’IFPN de Lisbonne et l’université d’Helsinki. »
Capacité d’auto-guérison de ses défauts à haute fluence
Les chercheurs du MADIR étudient cette sensibilité du GaN aux excitations électroniques et à la formation de défauts ainsi qu’aux évolutions de leurs propriétés optiques sous irradiation. « Nous avons observé en laboratoire que des traces latentes se formaient sur le nitrure de gallium lorsqu’il était bombardé avec les faisceaux du GANIL, poursuit Isabelle Monnet. Mais à notre surprise, nous avons observé qu’à haute fluence (nombre de particules incidentes par unité de surface) le niveau de dommage attendu était pourtant réduit. Nous avons même observé une recristallisation lors du chevauchement des traces latentes. » Ce phénomène induit une « guérison » de la plupart des régions initialement modifiées suite au passage d’un ion, qu’elles soient partiellement désordonnées ou amorphes.
Cette extraordinaire observation laisse supposer que les composants fabriqués en nitrure de gallium pourraient fonctionner dans des milieux hostiles et à des tensions, des fréquences et des températures bien supérieures aux composants en silicium. Les applications sont d’ores et déjà nombreuses : écrans à LED, diodes blanches, lasers bleus, etc. Voilà pour les applications possibles. « D’un point de vue fondamental, l’irradiation des matériaux trouve aussi un intérêt dans l’étude des mécanismes et des cinétiques de formation de défauts, ainsi que leur rôle sur l’évolution de certaines propriétés électriques, optiques, mécaniques, etc. », conclut la chercheuse.