Piézo-résistance géante dans un nanocristal de silicium

L’industrie micro-électronique cherche en permanence à améliorer les performances des circuits intégrés. La réduction de la taille des dispositifs jusqu’à l’échelle nanométrique, ainsi que la contrainte mécanique constituent les approches les plus utilisées. La contrainte mécanique permet de modifier la résistance électrique des cristaux parfaits du silicium, un effet physique appelé « piézo-résistance » qui est à la base des technologies dites « strained silicon », où les atomes de silicium sont serrés en deçà de la distance interatomique normale.

Depuis quelques années est apparue dans la littérature scientifique une grande variété d’effets piézo-résistifs contradictoires dans les nanodispositifs en silicium. Certains groupes prétendent que la piézo-résistance du nanosilicium peut être bien plus importante que celle du « strained silicon » habituel, d’autres, majoritaires, affirment qu’elle reste comparable. L’origine et l’existence même d’un tel effet géant de piézo-résistance était donc sur la sellette.

En utilisant une technique expérimentale plus communément employée par les électro-chimistes, la spectroscopie d’impédance, les physiciens du laboratoire Physique de la matière condensée (LPMC, CNRS/École Polytechnique) et de l’Institut d’électronique, de microélectronique et de nanotechnologie (IEMN, CNRS/ISEN Lille, Univ. Polytechnique Hauts-de-France/École Centrale de Lille/Univ. Lille) en France, et de l’université de Melbourne en Australie ont mis en lumière un effet géant de piézo-résistance dans une couche ultra-mince de silicium.

Ce résultat apporte un point de vue nouveau dans le débat sur la piézo-résistance du nano-silicium et, du fait qu’il est observé dans une plaquette commerciale, ouvre la voie au développement de technologies des défauts sous contraintes pour des applications telles que les nano-capteurs de contrainte ultra-sensibles, les diodes à commutation rapide ou les protocoles de lecture électrique pour les technologies quantiques.

La publication complète est à retrouver sur Physical Review Applied

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