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L.Konczewicz, S.Contreras Université Montpellier 2, Groupe d'Etude des Semiconducteurs,

JOURNÉE SCIENTIFIQUE "HAUTES PRESSIONS". Effet de la pres s ion hydrostatique sur les propriétés électriques de super-réseaux InAs/GaSb de courte période. L.Konczewicz, S.Contreras Université Montpellier 2, Groupe d'Etude des Semiconducteurs, CNRS, UMR5650, Montpellier, France

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L.Konczewicz, S.Contreras Université Montpellier 2, Groupe d'Etude des Semiconducteurs,

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Presentation Transcript

  1. JOURNÉE SCIENTIFIQUE "HAUTES PRESSIONS" Effet de la pression hydrostatique sur les propriétés électriques de super-réseaux InAs/GaSb de courte période L.Konczewicz, S.Contreras Université Montpellier 2, Groupe d'Etude des Semiconducteurs, CNRS, UMR5650, Montpellier, France H. Aït-Kaci, Y. Cuminal, J.B. Rodriguez and P. Christol Université Montpellier 2, Institut d’Electronique du Sud, CNRS, UMR5214, Montpellier, France Journée scientifique "hautes pressions" 21/01/2009

  2. Introduction – super réseaux InAs/GaSb (SL) Pourquoi ? Une nouvelle génération de photodétecteurs, performant dans le domaine spectral de l’infrarouge moyen (3-5 μm) (MWIR) Applications militaires et civiles: la vision nocturne à longue distance, l’aide à la conduite et à la détection d’obstacles, détection de personnes par conditions extrêmes de brouillard ou de fumée Télédétection : détection de polluants, la cartographie précise de températures sur Terre (Urbanisme, Agriculture) Imagerie infrarouge : industrie : détection de défauts de procédés, médecine : détection de anomalies physiologiques Diapositive : 2 Journée scientifique "hautes pressions" 21/01/2009

  3. Introduction – super réseaux InAs/GaSb (SL) Avec quoi ? super-réseaux de courte période Couplage entre les puits quantiques (QW) La formation de mini-bandes type-II broken gap alignment H.J. Haugan et al. J.Crys. Growth 278, 198–202 (2005) Il est possible d’ajuster l’écart énergétique entre les mini-bandes en changeant l’épaisseur de chaque binaire : InAs etGaSb Diapositive : 3 Journée scientifique "hautes pressions" 21/01/2009

  4. 3-5µm Introduction – super réseaux InAs/GaSb (SL) Avec quoi ? Transitions fondamentales dans un super réseaux symétrique InAs(d) / GaSb (d) Super réseaux type II : Un super réseau de courte période adapté pour le fenêtre optique 3-5 µm Diapositive : 4 Journée scientifique "hautes pressions" 21/01/2009

  5. InSb GaSb InAs GaSb Da/a -0.6 % -0.6 % +6 % Introduction – super réseaux InAs/GaSb (SL) Avec quoi ? Le choix du système à SR InAs/GaSb sur substrat GaSb (par EJM) Super réseaux type II : • InAs se retrouve en tension lorsqu’il est déposé sur GaSb : introduction de contraintes biaxiales de cisaillement. • Compensation de la contrainte par insertion d’une fine couche d’InSb.  Un super réseaux symétrique: InAs(10MCs)/InSb(1MC)/GaSb(10MCs) Diapositive : 5 Journée scientifique "hautes pressions" 21/01/2009

  6. Pourquoi est-il intéressant d’étudier le propriétés électriques de super réseaux InAs/GaSb ? • porteurs majoritaires : la diffusion et conduction exigent des porteurs d’une grande mobilité • pour augmenter le temps de vie de porteurs minoritaires et diminuer le courant d’obscurite il faut contrôler la concentration de porteurs dans de SR • Bref,il serait bien de connaître les mécanismes de conduction de courant électrique dans ce matériau… GaSb (p) SL n.i.d. e = 3 µm GaSb (n) hn Introduction – super réseaux InAs/GaSb (SL) Comment ? Le choix de la structure : InAs10MCs / InSb1MC/ GaSb10MCs = 3nm l’accord de maille du SR sur le substrat de GaSb une longueur d’onde de coupure théorique 5.6 µm (220 meV)permettant de couvrir entièrement la gamme 3-5 μm ( MWIR) SRphoto-diodesur le substrat de GaSb type n Diapositive : 6 Journée scientifique "hautes pressions" 21/01/2009

  7. Les échantillons : Pour l’étude de détecteur (jonctionpn): substrat de GaSb Les superréseaux (non intentionnellement dopé) de 300 périodes (1.92 µm) par la technique d’EJM Deux types d’échantillons zoom Pour l’étude de transport éléctrique: substrat de GaAs – semi isolant • Couches bien uniformes • interfaces de croissance • planes et régulières • un SR quasi accordé sur GaSb Diapositive : 7 Journée scientifique "hautes pressions" 21/01/2009

  8. Caractérisation électrique; données bibliographiques: PHYSICAL REVIEW B 58, 23, 15378 (1998) H.Mohseni, V.I.Litvinov and M.Razeghi • deux types de porteurs participent à la conduction (trous et électrons) • à basse température une transition entre la conduction de type n et p (pour T<140K) est envisagée Diapositive : 8 Journée scientifique "hautes pressions" 21/01/2009

  9. Une simple loi exponentielle : • (T) = 0T+2 • Le mécanisme de diffusion : est-il dominé par la diffusion par les impuretés ionisées ? Caractérisation électrique : Pression atmosphérique : Etude de la conductivité : Etude de la mobilité de Hall : Etude de l’Effet Hall : • Le changement réversible du signe coefficient Rh de d’Effet Hall est observé • On peut distinguer deux régions, (Tc=190K), avec deux pentes de nh=f(1/T) bien définies. On peut distinguer deux régions, (Tc=190K), avec deux pentes bien définies. Elle correspondent aux énergies d’activation respectivement : Ed1 (températures basses) = 28 meV et Ed2 (températures hautes) = 150 meV L’effet de température à pression atmosphérique : un niveau donneur “profond” et un niveau accepteur Diapositive : 9 Journée scientifique "hautes pressions" 21/01/2009

  10. P = 1000 MPa Matériaux de base sous pression : GaSb , InAs Quoi ? Sous Pression : InAs : Energy gap Eg=0.354 eV Energy separation ΓLEΓL=0.73 eV Energy separation ΓX EΓX=1.02 eV GaSb : Energy gap Eg=0.726 eV Energy separation ΓL EΓL=0.084 eV Energy separation ΓX EΓX= 0.31 eV InAs : GaSb : Diapositive : 10 Journée scientifique "hautes pressions" 21/01/2009

  11. Equipement haute pression: Système expérimental haute pression pour des études de propriétés galvanomagnétiques de matériaux : capillaire flexible passage électrique cellule de pression Compresseur (He2) cellule de pression Diapositive : 11 Journée scientifique "hautes pressions" 21/01/2009

  12. Equipement haute pression: Système expérimental haute pression pour des études de propriétés galvanomagnétiques de matériaux : capillaire flexible Pression variable : 0-1400 MPa Domaine de température : 77- 400K Compresseur (He2) cellule de pression Diapositive : 12 Journée scientifique "hautes pressions" 21/01/2009

  13. Caractérisation électrique : En fonction de la pression à température ambiante : Etude de la résistivité : Une augmentation importante de la résistivité ( plus que 4 fois par GPa ) Diapositive : 13 Journée scientifique "hautes pressions" 21/01/2009

  14. Caractérisation électrique : En fonction de la pression à température ambiante : Etude de l’Effet Hall : • la variation non-monotone de nh: • une signature de la conduction de type n par deux types de porteurs ? • Un transfert entre les minibandesG et L ? Diapositive : 14 Journée scientifique "hautes pressions" 21/01/2009

  15. Caractérisation électrique : En fonction de la pression à température ambiante : La mobilité de Hall : • Une décroissance importante de la mobilité : µ(HP) <300 • Une signature de transfert entre une minibandede haute mobilité (G)et une miniband de faible mobilité (L) ? Diapositive : 15 Journée scientifique "hautes pressions" 21/01/2009

  16. Caractérisation électrique : En fonction de la pression et de la température : Etude de la résistivité : A haute température: pas de changement de la pente A basse température : augmentation de l’energie apparente :dEd/dP = 8 meV/GPa Diapositive : 16 Journée scientifique "hautes pressions" 21/01/2009

  17. Caractérisation électrique : En fonction de la pression et de la température : Etude de l’Effet Hall : P4 P1 P2 P3 P5 x x x x x • Le changement réversible du signe du coefficient Rh de l’Effet Hall est observé pour toutes les pressions • La température caractéristique Tch augmente avec la pression Diapositive : 17 Journée scientifique "hautes pressions" 21/01/2009

  18. Caractérisation électrique : En fonction de la pression et de la température : Mobilité de Hall: zoom • Le déplacement de la température Tch est confirmé. • A basse température : • On observe une augmentation de la mobilité avec la pression (trous lourds et trous légers ?) Diapositive : 18 Journée scientifique "hautes pressions" 21/01/2009

  19. Conclusions La première étude sous pression hydrostatique de super réseaux InAs/InSb/GaSb intentionnellement non-dopé pour le développement de détecteurs dans le domaine spectral de l’infrarouge moyen • Domaine des basses températures : • On observe une transition entre la conduction de type n et de type p : • La température caractéristique de cette transition Tchaugmente avec la pression • Plusieurs type de trous (trous lourds et trous légers) participent à la conduction ? • Domaine des hautes températures : • Deux type porteurs de type n participent à la conduction ? • Un transfert entre les minibandes G et L ? Journée scientifique "hautes pressions" 21/01/2009

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