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Effet de la pression hydrostatique sur les propriétés électriques de super-réseaux InAs/GaSb de courte période L.Konczewicz, S.Contreras Université Montpellier.

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1 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 dElectronique du Sud, CNRS, UMR5214, Montpellier, France

2 Introduction – super réseaux InAs/GaSb (SL) Applications militaires et civiles: la vision nocturne à longue distance, laide à la conduite et à la détection dobstacles, 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

3 Introduction – super réseaux InAs/GaSb (SL) type-II broken gap alignment super-réseaux de courte période Couplage entre les puits quantiques (QW) La formation de mini-bandes H.J. Haugan et al. J.Crys. Growth 278, 198–202 (2005) Il est possible dajuster lécart énergétique entre les mini-bandes en changeant lépaisseur de chaque binaire : InAs et GaSb Diapositive : 3

4 Introduction – super réseaux InAs/GaSb (SL) Transitions fondamentales dans un super réseaux symétrique InAs(d) / GaSb (d) Super réseaux type II : 3-5µm Un super réseau de courte période adapté pour le fenêtre optique 3-5 µm Diapositive : 4

5 Introduction – super réseaux InAs/GaSb (SL) Super réseaux type II : Diapositive : 5 Le choix du système à SR InAs/GaSb sur substrat GaSb (par EJM) InAs se retrouve en tension lorsquil est déposé sur GaSb : introduction de contraintes biaxiales de cisaillement. Compensation de la contrainte par insertion dune fine couche dInSb. +6 % GaSbInAs InSb -0.6 % a/a GaSb -0.6 % Un super réseaux symétrique: InAs (10MCs) /InSb (1MC) /GaSb (10MCs)

6 Diapositive : 6 Introduction – super réseaux InAs/GaSb (SL) GaSb (n) SL n.i.d. e = 3 µm GaSb (p) h SR photo-diode sur le substrat de GaSb type n Le choix de la structure : InAs 10MCs / InSb 1MC / GaSb 10MCs = 3nm laccord de maille du SR sur le substrat de GaSb une longueur donde de coupure théorique 5.6 µm (220 meV) permettant de couvrir entièrement la gamme 3-5 μm ( MWIR) Pourquoi est-il intéressant détudier le propriétés électriques de super réseaux InAs/GaSb ? porteurs majoritaires : la diffusion et conduction exigent des porteurs dune grande mobilité pour augmenter le temps de vie de porteurs minoritaires et diminuer le courant dobscurite 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…

7 Les échantillons : Les superréseaux (non intentionnellement dopé) de 300 périodes (1.92 µm) par la technique dEJM Pour létude de détecteur (jonction pn): substrat de GaSb Pour létude de transport éléctrique : substrat de GaAs – semi isolant Deux types déchantillons Couches bien uniformes interfaces de croissance planes et régulières un SR quasi accordé sur GaSb Diapositive : 7

8 Diapositive : 8 Caractérisation électrique; données bibliographiques: 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 PHYSICAL REVIEW B 58, 23, (1998) H.Mohseni, V.I.Litvinov and M.Razeghi

9 Caractérisation électrique : Pression atmosphérique : Etude de la conductivité : On peut distinguer deux régions, (Tc=190K), avec deux pentes bien définies. Elle correspondent aux énergies dactivation respectivement : E d1 (températures basses) = 28 meV et E d2 (températures hautes) = 150 meV Etude de lEffet Hall : Le changement réversible du signe coefficient R h de dEffet Hall est observé On peut distinguer deux régions, (Tc=190K), avec deux pentes de n h =f(1/T) bien définies. Etude de la mobilité de Hall : Une simple loi exponentielle : (T) = 0 T +2 Le mécanisme de diffusion : est-il dominé par la diffusion par les impuretés ionisées ? Leffet de température à pression atmosphérique : un niveau donneur profond et un niveau accepteur Diapositive : 9

10 Matériaux de base sous pression : GaSb, InAs Sous Pression : InAs : Energy gap E g =0.354 eV Energy separation ΓL E ΓL =0.73 eV Energy separation ΓX E ΓX =1.02 eV GaSb : Energy gap Eg=0.726 eV Energy separation ΓL E ΓL =0.084 eV Energy separation ΓXE ΓX = 0.31 eV P = 1000 MPa GaSb : InAs : Diapositive : 10

11 Equipement haute pression: Système expérimental haute pression pour des études de propriétés galvanomagnétiques de matériaux : Compresseur (He 2 ) cellule de pression capillaire flexible Diapositive : 11 passage électrique cellule de pression

12 Equipement haute pression: Système expérimental haute pression pour des études de propriétés galvanomagnétiques de matériaux : Compresseur (He 2 )cellule de pression capillaire flexible Pression variable : MPa Domaine de température : K Diapositive : 12

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

14 Caractérisation électrique : En fonction de la pression à température ambiante : Etude de lEffet Hall : la variation non-monotone de n h : une signature de la conduction de type n par deux types de porteurs ? Un transfert entre les minibandes et L ? Diapositive : 14

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 minibande de haute mobilité ( et une miniband de faible mobilité (L) ? Diapositive : 15

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 lenergie apparente :dE d /dP = 8 meV/GPa Diapositive : 16

17 Caractérisation électrique : En fonction de la pression et de la température : Etude de lEffet Hall : Le changement réversible du signe du coefficient R h de lEffet Hall est observé pour toutes les pressions La température caractéristique T ch augmente avec la pression P2P3 P4 P5 xx xx P1 x Diapositive : 17

18 Caractérisation électrique : En fonction de la pression et de la température : Mobilité de Hall: Le déplacement de la température T ch est confirmé. A basse température : On observe une augmentation de la mobilité avec la pression (trous lourds et trous légers ?) Diapositive : 18

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 linfrarouge moyen Domaine des hautes températures : Deux type porteurs de type n participent à la conduction ? Un transfert entre les minibandes et L ? Domaine des basses températures : On observe une transition entre la conduction de type n et de type p : La température caractéristique de cette transition T ch augmente avec la pression Plusieurs type de trous (trous lourds et trous légers) participent à la conduction ?


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