les materiaux semiconducteurs
Ce document comporte deux parties, une présentation générale ainsi que des annexes sur les thèmes suivants :
- semiconducteurs à large bande interdite, non linéarités optiques dans les semiconducteurs et microcavités optiques, nanophysique.
L’importance croissante des semiconducteurs au niveau mondial est liée au fait que ces matériaux forment la base de la révolution technologique de ces quarante dernières années dans le domaine de l’électronique qui, au sens large, représente le marché mondial le plus important à l’heure actuelle en même temps que celui qui bénéficie de la croissance la plus rapide. Elle couvre des domaines industriels très divers : informatique, télécommunications, automobile, branche grand public, applications militaires et spatiales ....
Les matériaux semiconducteurs interviennent principalement en microélectronique (dominée par le silicium), dans les domaines radiofréquences et hyperfréquences ainsi qu’en optoélectronique. De nouvelles disciplines se sont développées récemment, grâce aux progrès des technologies de la microélectronique : microsystèmes et micromécatronique, couplant capteurs, micromoteurs , actionneurs et microélectronique.
Une caractéristique essentielle de la microélectronique silicium est la tendance à l’intégration croissante, répondant à la loi de Moore (croissance exponentielle du nombre de composants par plaquette), vérifiée depuis 30 ans.
Le développement des semiconducteurs ne va pas se limiter à un seul aspect. Dans le passé les applications radiofréquences et hyperfréquences ont été stimulées par les besoins militaires. L’accent est plutôt mis maintenant sur des applications commerciales telles que les téléphones cellulaires, la réduction en taille des dispositifs, l’amélioration de la qualité de transmission, l’accroissement de puissance et de portée ... Dans ces domaines, on voit apparaître des matériaux tels que GaAs, InP, SiC ..., présentant chacun des avantages spécifiques. En optoélectronique, les semiconducteurs composés sont utilisés pour la fabrication des diodes laser pour l’optique non linéaire et jouent un rôle essentiel dans la modulation rapide de la lumière. Dans tous les cas, on assiste à une réduction des dimensions avec des effets de quantification de plus en plus marqués.
Les limites du domaine ne peuvent être marquées nettement. Tout d’abord, les progrès ne se limitent pas aux seules applications mais permettent en même temps des avancées très importantes en physique fondamentale (ex : effet Hall quantique).
Par ailleurs, les composants du futur seront de plus en plus basés sur des couplages entre semiconducteurs et matériaux de nature différente : métaux normaux ou supraconducteurs, matériaux magnétiques, diélectriques divers, molécules, systèmes biologiques ... La maîtrise des interfaces correspondantes se révèlera essentielle. Ceci implique des approches pluridisciplinaires en collaboration avec des chimistes, biologistes, microélectroniciens, informaticiens.
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