Semi-conducteur à bande étroite — Wikipédia

Un semi-conducteur à bande étroite est un matériau semi-conducteur dont la largeur de bande interdite est inférieure à 0,5 eV, ce qui correspond à une longueur d'onde de coupure d'absorption infrarouge supérieure à 2,5 microns. Une définition plus étendue comprend tous les semi-conducteurs dont la largeur de bande interdite est inférieure à celle du silicium (1,1 eV)[1],[2]. Les technologies modernes térahertz[3], infrarouges[4] et thermographiques[5] sont toutes basées sur ce type de semi-conducteurs.

Les semi-conducteurs à bande étroite ont permis de réaliser la télédétection par satellite[6], des circuits intégrés photoniques pour les télécommunications[7],[8],[9] et des systèmes Li-Fi pour véhicules sans pilote[10] dans le domaine de la détection infrarouge et la vision infrarouge[11],[12]. Ce sont aussi les matériaux de base pour la technologie térahertz, dont la recherche d'armes dissimulées (en) dans le domaine de la sûreté et de la surveillance[13],[14],[15], l'imagerie industrielle et médicale sûre avec la tomographie térahertz (en)[16],[17],[18] ainsi que comme diélectriques pour les accélérateurs laser-plasma[19],[20],[21]. En outre, les cellules thermophotovoltaïques utilisant des semi-conducteurs à bande étroite peuvent potentiellement utiliser la partie traditionnellement gaspillée de l'énergie solaire qui occupe environ 49 % du spectre de la lumière solaire[22],[23]. Les vaisseaux spatiaux, les instruments océaniques profonds et les montages de la physique du vide utilisent des semi-conducteurs à bande étroite pour réaliser un refroidissement cryogénique[24],[25].

Liste de semi-conducteurs à bande étroite

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Nom Formule chimique Groupes Largeur de bande interdite (300 K)
Tellurure de mercure-cadmium Hg1−xCdxTe II-VI 0 à 1,5 eV
Tellurure de mercure-zinc Hg1−xZnxTe II-VI 0,15 à 2,25 eV
Séléniure de plomb PbSe IV-VI 0,27 eV
Sulfure de plomb(II) PbS IV-VI 0,37 eV
Tellure Te VI ~0,3 eV
Tellurure de plomb PbTe IV-VI 0,32 eV
Magnétite Fe3O4 Métal de transition-VI 0,14 eV
Arséniure d'indium InAs III-V 0,354 eV
Antimoniure d'indium InSb III-V 0,17 eV
Germanium Ge IV 0,67 eV
Antimoniure de gallium GaSb III-V 0,67 eV
Arséniure de cadmium Cd3As2 II-V 0,5 à 0,6 eV
Tellurure de bismuth Bi2Te3 0,21 eV
Tellurure d'étain SnTe IV-VI 0,18 eV
Séléniure d'étain SnSe IV-VI 0,9 eV
Séléniure d'argent(I) Ag2Se 0,07 eV
Siliciure de magnésium Mg2Si II-IV 0,79 eV[26]

Références

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  1. ↑ (en) Xiao-Hui Li, « Narrow-Bandgap Materials for Optoelectronics Applications », Frontiers of Physics, vol. 17, no 1,‎ , p. 13304 (DOI 10.1007/s11467-021-1055-z, Bibcode 2022FrPhy..1713304L, S2CID 237652629, lire en ligne)
  2. ↑ (en) Junhao Chu et Arden Sher, Physics and Properties of Narrow Gap Semiconductors, Springer, (ISBN 978-0-387-74743-9, DOI 10.1007/978-0-387-74801-6, lire en ligne)
  3. ↑ (en) Jones, Graham A., Layer, David H. et Osenkowsky, Thomas G., National Association of Broadcasters Engineering Handbook, Taylor and Francis, (ISBN 978-1-136-03410-7, lire en ligne), p. 7
  4. ↑ (en) M. Avraham, J. Nemirovsky, T. Blank, G. Golan et Y. Nemirovsky, « Toward an Accurate IR Remote Sensing of Body Temperature Radiometer Based on a Novel IR Sensing System Dubbed Digital TMOS », Micromachines, vol. 13, no 5,‎ , p. 703 (PMID 35630174, PMCID 9145132, DOI 10.3390/mi13050703 Accès libre)
  5. ↑ (en) Bruce Hapke, Theory of Reflectance and Emittance Spectroscopy, Cambridge University Press, (ISBN 978-0-521-88349-8, lire en ligne), p. 416
  6. ↑ Lovett, D. R. Semimetals and narrow-bandgap semiconductors; Pion Limited: London, 1977; Chapter 7.
  7. ↑ (en) Inside Telecom Staff, « How Can Photonic Chips Help to Create a Sustainable Digital Infrastructure? », Inside Telecom, (consulté le )
  8. ↑ (en) Ehab Awad, « Bidirectional Mode Slicing and Re-Combining for Mode Conversion in Planar Waveguides », IEEE Access, vol. 6, no 1,‎ , p. 55937 (DOI 10.1109/ACCESS.2018.2873278 Accès libre, S2CID 53043619)
  9. ↑ (en) Panagiotis Vergyris, « Integrated photonics for quantum applications », Laser Focus World, (consulté le )
  10. ↑ (en) « Comprehensive Summary of Modulation Techniques for LiFi | LiFi Research », sur www.lifi.eng.ed.ac.uk (consulté le )
  11. ↑ (en) « The Infrared Array Camera (IRAC) », NASA|JPL|Caltech (consulté le )
  12. ↑ (en) David Szondy, « Spitzer goes "Beyond" for final mission », New Atlas, (consulté le )
  13. ↑ "Space in Images – 2002–06 – Meeting the team".
  14. ↑ (en) « Space camera blazes new terahertz trails », sur Times Higher Education (THE), (consulté le )
  15. ↑ (en) « Winner of the 2003/04 Research Councils' Business Plan Competition – 24 February 2004 », sur epsrc.ac.uk,
  16. ↑ (en) J. P. Guillet, B. Recur, L. Frederique, B. Bousquet, L. Canioni, I. Manek-Hönninger, P. Desbarats et P. Mounaix, « Review of Terahertz Tomography Techniques », Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, vol. 35, no 4,‎ , p. 382–411 (DOI 10.1007/s10762-014-0057-0, Bibcode 2014JIMTW..35..382G, S2CID 120535020, CiteSeerx 10.1.1.480.4173)
  17. ↑ (en) Daniel M. Mittleman, Stefan Hunsche, Luc Boivin et Martin C. Nuss, « T-ray tomography », Optics Letters, vol. 22, no 12,‎ , p. 904–906 (ISSN 1539-4794, PMID 18185701, DOI 10.1364/OL.22.000904, Bibcode 1997OptL...22..904M, lire en ligne)
  18. ↑ (en) I. Katayama, R. Akai, M. Bito, H. Shimosato, K. Miyamoto, H. Ito et M. Ashida, « Ultrabroadband terahertz generation using 4-N,N-dimethylamino-4′-N′-methyl-stilbazolium tosylate single crystals », Applied Physics Letters, vol. 97, no 2,‎ , p. 021105 (ISSN 0003-6951, DOI 10.1063/1.3463452, Bibcode 2010ApPhL..97b1105K, lire en ligne)
  19. ↑ (en) Valery Dolgashev, Sami Tantawi, Yasuo Higashi et Bruno Spataro, « Geometric dependence of radio-frequency breakdown in normal conducting accelerating structures », Applied Physics Letters, vol. 97, no 17,‎ , p. 171501 (DOI 10.1063/1.3505339, Bibcode 2010ApPhL..97q1501D)
  20. ↑ (en) Emilio A. Nanni, Wenqian R. Huang, Kyung-Han Hong, Koustuban Ravi, Arya Fallahi, Gustavo Moriena, R. J. Dwayne Miller et Franz X. Kärtner, « Terahertz-driven linear electron acceleration », Nature Communications, vol. 6, no 1,‎ , p. 8486 (PMID 26439410, PMCID 4600735, DOI 10.1038/ncomms9486, Bibcode 2015NatCo...6.8486N, arXiv 1411.4709)
  21. ↑ (en) Chunguang Jing, « Dielectric Wakefield Accelerators », Reviews of Accelerator Science and Technology, vol. 09, no 6,‎ , p. 127–149 (DOI 10.1142/s1793626816300061, Bibcode 2016RvAST...9..127J)
  22. ↑ (en) Jef Poortmans, « IMEC website: Photovoltaic Stacks » (consulté le )
  23. ↑ (en) « A new heat engine with no moving parts is as efficient as a steam turbine », sur MIT News | Massachusetts Institute of Technology, (consulté le )
  24. ↑ (en) Ray Radebaugh, « Cryocoolers: the state of the art and recent developments », Journal of Physics: Condensed Matter, vol. 21, no 16,‎ , p. 164219 (ISSN 0953-8984, PMID 21825399, DOI 10.1088/0953-8984/21/16/164219, Bibcode 2009JPCM...21p4219R, S2CID 22695540, lire en ligne)
  25. ↑ (en) Bernard E Cooper et Robert H Hadfield, « Viewpoint: Compact cryogenics for superconducting photon detectors », Superconductor Science and Technology, vol. 35, no 8,‎ , p. 080501 (ISSN 0953-2048, DOI 10.1088/1361-6668/ac76e9 Accès libre, Bibcode 2022SuScT..35h0501C, S2CID 249534834, lire en ligne)
  26. ↑ (en) James T. Nelson, « Chicago Section: 1. Electrical and optical properties of MgPSn and Mg2Si », American Journal of Physics, American Association of Physics Teachers (AAPT), vol. 23, no 6,‎ , p. 390 (ISSN 0002-9505, DOI 10.1119/1.1934018)

Voir aussi

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Articles connexes

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