En labo, le magnésium ultrafin réduit la résistance des contacts p-GaN

À l'université de Nagoya, l'étape décisive a duré cinq minutes. Haitao Wang, Jia Wang et leurs collègues ont chauffé à 600 °C (1 112 °F) un film ultrafin de magnésium déposé sur du nitrure de gallium de type p, ou p-GaN. Le contact électrique ainsi obtenu a atteint une résistivité de (1–3) × 10⁻⁴ Ω cm², soit l'une des plus faibles rapportées pour du p-GaN mince, selon l'article des chercheurs publié dans Applied Physics Letters.

Le contact est un contact ohmique : une connexion conçue pour laisser passer le courant entre un métal et un semi-conducteur sans forte pénalité énergétique. Dans le p-GaN, les porteurs de charge positifs sont des trous — en pratique, des espaces laissés vacants par les électrons. Le magnésium contribue à créer ces trous, mais à température ambiante, trop peu d'entre eux sont mobiles près de l'interface métallique, ce qui produit une large barrière et une résistance élevée.

L'équipe de Nagoya a d'abord étudié des couches de magnésium plus épaisses, mais le recuit rendait la surface trop rugueuse pour une fabrication fiable d'appareils minces. La nouvelle approche utilise un film d'une épaisseur maximale de 10 nanomètres. Pendant le traitement, plus court et réalisé à une température plus basse, le magnésium diffuse dans la surface et est rapidement consommé, créant une couche dopée fortement concentrée qui réduit la largeur de la barrière et favorise le passage des trous par effet tunnel. La surface reste plus lisse et les chercheurs ont constaté qu'une couche de protection n'était pas nécessaire ; les échantillons protégés avaient présenté des impuretés indésirables.

Qu'est-ce qui change en pratique ? Pour les fabricants de puces, l'intérêt ne réside pas seulement dans la baisse de la résistance, mais aussi dans le procédé lui-même : le traitement « de haut en bas » est présenté comme plus simple, plus rapide et moins coûteux que la croissance, de bas en haut, d'une couche de GaN fortement dopée. Il peut également être appliqué après la fabrication de l'appareil, ce qui pourrait le rendre plus compatible avec les étapes de production existantes. Des contacts à pertes réduites pourraient contribuer à améliorer l'efficacité des LED et des transistors utilisés dans les véhicules électriques et les centres de données.

La limite est claire. Il s'agit d'un résultat de laboratoire, pas d'un produit semi-conducteur en service. Haitao Wang indique que l'équipe applique désormais la méthode à différents appareils, notamment des LED et des transistors pour véhicules électriques ; ces applications sont encore en développement.