Conception de matériaux liés aux semi-conducteurs

L'ISM-CNRC dispose d'une masse critique d'installations à la fine pointe et d'un personnel expérimenté pour modéliser et créer des matériaux ayant des fonctionnalités spécifiques grâce au contrôle de la composition, de la structure, de la tension mécanique, etc. Ces systèmes de matériaux comprennent des composés semi-conducteurs (p. ex. à base de GaAs, InP, GaSb ou GaN), des semi-conducteurs organiques (p. ex. petites molécules ou polymères conjugués) ainsi que des multicouches diélectriques. La capacité de fabriquer les matériaux ayant les propriétés électroniques ou optiques nécessaires fait en sorte que l'ISM-CNRC peut créer des solutions pour une grande variété d'applications. Ses compétences spécialisées en matériaux comprennent l'intégration hybride, comme le plastique sur semiconducteurs inorganiques.

Caractérisation des matériaux

L'ISM-CNRC accélère le développement de nouveaux matériaux et des composantes connexes en utilisant des outils de caractérisation internes à la fine pointe et des compétences spécialisées de renommée internationale. Ces deux caractéristiques sont cruciales lorsque la durée du cycle de développement technologique doit être la plus courte possible afin de répondre aux possibilités du marché. De plus, l'industrie utilise régulièrement les installations de l'Institut pour l'évaluation de ses matériaux, processus et composantes internes.

• Épitaxie
• Matériaux et dispositifs organiques
• Physique quantique
• Théorie quantique
• Surfaces et interfaces
• Couches minces

Épitaxie

Le Groupe de l'épitaxie entreprend des activités de recherche et de développement ayant trait à la conception, la croissance et la caractérisation des nanostructures et des couches minces semi-conductrices avancées III-V. Les semi-conducteurs épitaxiaux sont étudiés en vue d'applications, incluant les dispositifs électroniques et optiques actifs et passifs, dans des domaines tels que le traitement de l'information quantique, les télécommunications et la surveillance environnementale.

Le Groupe de l'épitaxie est responsable du fonctionnement des différentes installations de croissance épitaxiale de l'Institut. Ces installations comprennent le système d'épitaxie par faisceaux moléculaires (MBE) pour les semi-conducteurs III-V au GaAs, le système V MBE multigroupe pour les arséniures, les nitrures dilués et les antimoniures, un système d'épitaxie par faisceaux chimiques (CBE) pour les semi-conducteurs à l'InP et au GaAs ainsi que des systèmes MBE commerciaux et fabriqués sur mesure pour la croissance de GaN. De plus, des installations de croissance de nanomodèles, avec une microscopie à balayage électronique, ciblent la croissance contrôlée de nanostructures tridimensionnelles semi-conductrices.

Matériaux et dispositifs organiques

Le Groupe des matériaux et dispositifs organiques effectue des activités de recherche et de développement dans le domaine des matériaux et des dispositifs semi-conducteurs organiques, polymères et composites. Le Groupe aide l'industrie canadienne par le truchement de projets concertés de R&D et en offrant des services techniques et consultatifs. Il travaille également en étroite collaboration avec des universités canadiennes, d'autres organismes gouvernementaux et des groupes de recherche partout dans le monde pour faire progresser la recherche. En 2008, le Groupe a travaillé en étroite collaboration avec ses partenaires universitaires et industriels dans le but de développer des photopiles imprimables à faible coût (un projet financé par Technologies du développement durable du Canada) et des progrès importants ont été accomplis dans le domaine de la préparation des matériaux, de la synthèse de la mise à niveau ainsi que de la fabrication et la caractérisation des dispositifs.

Physique quantique

Le Groupe de la physique quantique entreprend des recherches expérimentales sur les propriétés électroniques et optiques des matériaux semi-conducteurs, y compris les nanotubes à carbone simple semi-conducteurs. Une grande partie de la recherche est consacrée au traitement de l'information quantique, à la « nanospintronique » et aux dispositifs photoniques avancés. Deux systèmes sont particulièrement intéressants : les points quantiques, fabriqués en utilisant des approches descendantes (lithographie) et ascendantes (autoassemblage) et les nanotubes a carbone simple synthétisés par dépôt de vapeur chimique sur des substrats structurés par procédé lithographique. Un centre d'intérêt des laboratoires d'optique est la spectroscopie optique des matériaux nanostructurés émettant dans la partie visible et près de l'infrarouge du spectre en portant une attention spéciale à la fenêtre des télécommunications de 1 550 nm. Les échantillons de points quantiques simples et couplés InAs/InP et InAs/GaAs dans lesquels le site de nucléation de chaque point est contrôlé de même que les dispositifs plus complexes (impliquant des barrières électrostatiques additionnelles, des microcavités photoniques, etc.) font l'objet d'études pour les applications dans le traitement de la cryptographie et de l'information quantiques. Un second centre d'intérêt est le contrôle des couches de points quantiques et leurs applications aux dispositifs large bande tels que les lasers à plusieurs longueurs d'ondes, les lasers largement syntonisables et les détecteurs à large bande. On prévoit que les applications seront très utiles, particulièrement dans les secteurs des télécommunications et de l'environnement.

Le laboratoire de transport fait l'objet d'une très grande attention dans les applications de l'information quantique et « nanospintronique ». Une attention particulière est portée au développement de multiples circuits de points quantiques syntonisables utilisant les architectures latérales et verticales et à la manipulation de spins et d'électrons utilisant les techniques d'impulsion et de CW à haute fréquence. Les nanotubes à carbone simple sont un nouveau système de matériaux des plus intéressants et il est prévu qu'ils auront des applications en nanooptique et en nanoélectronique. Le Groupe examine actuellement le potentiel de ce système de matériaux dans les domaines de la photonique et de l'optoélectronique. Des échantillons sont calqués et des nanotubes sont synthétisés par dépôt de vapeur chimique dans diverses configurations, des nanotubes distincts longs, fermés et isolés jusqu'aux couches minces denses de plusieurs millimètres. Une variété d'outils et de méthodes optiques ont été développés pour caractériser les nanotubes, tant sur place qu'à l'extérieur. et pour examiner leurs propriétés fondamentales. Des échantillons de graphène destinés aux nanostructures sont préparés en utilisant les techniques lithographiques et d'exfoliation mécanique. De nombreux efforts sont également consacrés à la compréhension des propriétés fondamentales de ces systèmes complexes, des propriétés pertinentes aux matériaux sous-jacents et aux mécanismes responsables de leur comportement final, par exemple les mécanismes de décohérence. Ceci a permis récemment d'entreprendre des études allant des éléments fondamentaux du niveau de mélange quantique dans les points quantiques jusqu'à des études approfondies sur les caractéristiques spéciales de la carte d'excitation par luminescence pour les nanotubes à carbone simple. Le Groupe apprécie les interactions importantes au sein de l'Institut, particulièrement avec les groupes de l'Épitaxie et les matériaux à plusieurs couches, de la Nanofabrication, des Surfaces et interfaces et de la Théorie quantique. Le Groupe est également très actif au niveau des collaborations nationales et internationales et des programmes reliés à la nanotechnologie.

Théorie quantique

Le Groupe de la théorie quantique effectue des recherches informatiques et théoriques sur les propriétés électroniques et optiques de semi-conducteurs de petite dimension et massifs, de matériaux organiques, de systèmes photoniques, de systèmes mésoscopiques et d'information quantique. Il examine également d'autres aspects de la théorie quantique au potentiel scientifique et technologique prometteur.

Surfaces et interfaces

Le Groupe des surfaces et interfaces étudie les propriétés physiques, chimiques, électriques et optiques des surfaces et des interfaces des matériaux d'intérêt stratégiques pour l'ISM-CNRC. Le groupe effectue des analyses en appui aux projets de l'IMS-CNRC et pour des collaborateurs et des clients externes.

Les installation du Groupe pour l'évaluation chimique des surfaces incluent la spectrométrie de masse à émission ionique secondaire, la spectrométrie Auger à balayage, la spectrométrie photoélectronique à rayons X, la spectroscopie X dispersif en énergie par microscope électronique à transmission (MET) et la spectroscopie de perte d'énergie ainsi que la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier en réflexion totale atténuée (IRTF-RTA). Les propriétés physiques des surfaces peuvent être évaluées par des techniques telles que la microscopie à balayage électronique, le MEB et la microscopie à force atomique. La caractérisation structurelle des couches minces et des interfaces peut également être effectuée par diffraction des rayons X et spectroscopie à diffusion Raman. Les autres caractérisations optiques incluent la diffusion de la lumière de résonance, Raman, l'absorption de l'IRTF et la spectroscopie de photoluminescence ainsi que la microscopie.

Couches minces

Le Groupe des couches minces effectue des activités de recherche et de développement expérimentales et théoriques concernant l'application, la conception la fabrication et la caractérisation des structures de couches minces optiques avancées faites de matériaux diélectriques et non diélectriques. Son expertise est d'une importance croissante pour l'industrie canadienne alors qu'apparaissent sans cesse de nouvelles applications pour les couches minces et les revêtements. Plusieurs instruments, produits commerciaux et procédés dépendent de la disponibilité de filtres convenables sur une grande section du spectre électromagnétique, de 0,1 nm à 100 µm. Des clients externes et des collaborateurs, y compris l'industrie, les universités et d'autres laboratoires du gouvernement, utilisent de façon exhaustive les installations et l'expertise du Groupe. Les capacités comprennent l'identification et l'analyse d'un problème donné, la conception théorique de solutions à couches multiples, la fabrication et la caractérisation d'un prototype et le développement d'un processus de dépôt. À l'interne, le Groupe appuie plusieurs projets de l'Institut et fournit des services à l'installation du CCFDP.

Information pertinente

Instituts:

• Institut des sciences des microstructures du CNRC