Et l’électron devint plus rapide dans le carbone amorphe
Pour la première fois, une équipe de l’Institut des Technologies Avancées de l’université de Surrey a démontrè des propriétés de résistance negative dans une diode tunnel à resonance à base de carbone amorphe. Cette innovation offre la perspective d’élaborer des systèmes électroniques à faible coût sur des grandes surfaces et opérant à des fréquences de l’ordre du GigaHertz.
Maintenant très développé pour son utilisation sur les écrans plats, l’électronique des matériaux amorphes s’applique à de larges domaines avec le grand atout d’un prix de fabrication très bas par rapport à d’autres technologies. Cependant la vitesse de travail de ce type de système est limitée par la faible mobilité des électrons dans le réseau amorphe. En effet un matériel amorphe présente un réseau cristallin complètement désordonné, à l’inverse d’un monocristal, ce qui réduit fortement la longueur de diffusion d’un électron dans le matériau. Mais l’innovation de l’équipe de l’université de Surrey permet, grâce à l’effet tunnel, de créer une résistance négative, accélérant la vitesse des électrons. De plus cette technologie peut s’appliquer à des supports plastiques grâce à des températures de depot du carbone peu élevées (de l’ordre de la température ambiante).
Le phénomène quantique de l’effet tunnel intervient lorsqu’un objet quantique, comme un électron, franchit une barrière de potentiel supérieure à son énergie, franchissement impossible en mécanique classique. L’énergie de la particule décroît de manière exponentielle avec la largeur de la barrière et la distance reste donc très limitée. Cependant en contrôlant les niveaux d’énergie à travers la barrière de potentiel, il est possible de créer un résonateur à électron, un peu comme une échelle nous aide à grimper. Pour un certain voltage, on obtiendra une résistance négative où les électrons traverseront plus facilement le dispositif.
La grande performance de l’équipe de Surrey a été de pouvoir fabriquer un système avec des couches de quelques nanomètres d’épaisseur. La structure en triple couche, par sa composition et son épaisseur, permet de contrôler l’énergie de l’électron. Les diodes tunnel à résonance ont été largement étudiées pour des semi-conducteurs cristallins hautement ordonnés telle que l’arséniure de gallium (GaAs) qui possède le record du système électronique fréquentiel le plus rapide jamais démontré. Cependant les précédentes tentatives d’élaborer une résistance négative avec un matériel amorphe, s’étaient avérées infructueuses.
Depuis cinq ans, ce projet a été en partie subventionné par le Carbon Based Electronics Programmes (Programme pour l’électronique fondé sur le carbone) du Engineering and Physical Sciences Research Council (Conseil de recherche pour les sciences de la physique et de l’ingénierie, EPSRC).
Auteur : Yacine Touati
Sources : University of Surrey, news, www.ati.surrey.ac.uk
Electronics Weekly, press release, 10/01/06, www.electronicsweekly.com