Le germanane comme alternative au silicium et au graphène

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Des chercheurs américains viennent de trouver une alternative aux matériaux de nouvelle génération tels que le graphène.

Si le graphène présente des propriétés suffisamment prometteuses pour supplanter le silicium, une autre solution d’avenir pourrait provenir du germanium. C’est ce que laissent penser les résultats des recherches de l’équipe de scientifiques du professeur Joshua Goldberger de l’université d’État de l’Ohio située à Columbus.

Le germanium, encore et toujours

Le matériau dans lequel l’effet transistor a été observé pour la première fois en 1948 est encore utilisé actuellement dans le domaine des très hautes fréquences. Le germanium est en effet déposé en plusieurs couches sur du silicium pour donner le SiGe et permet l’utilisation de transistors bipolaires possédant une fréquence de transition élevée.

Goldberger a nommé “germanane” le matériau monocouche qu’il a synthétisé par analogie au graphane qui est la version du graphène pour laquelle chaque atome de carbone se voit associé un atome d’hydrogène.

Le chercheur et son équipe ont réussi à créer des réseaux cristallins purs de germanium avec des terminaisons hydrogène (GeH). Il s’agit d’une véritable gageure puisque les tentatives de faire croître des monocouches (épaisses d’un atome) stables de germanium étaient restées vaines jusqu’à présent.

Le germanane adapté aux applications optoélectroniques

La comparaison avec le graphane s’arrête là, car le germanane serait beaucoup plus facile à produire puisqu’il pourrait l’être avec un équipement conventionnel utilisé dans le domaine des semiconducteurs. « La plupart des gens voient le graphène comme le matériau électronique de l’avenir, a déclaré Goldberger. Mais le silicium et le germanium sont encore les matériaux du présent. »

Par ailleurs, si la bande interdite du silicium est indirecte, celle du germanane est directe. Or, cette propriété est indispensable dans le cadre d’applications optoélectroniques.

Les recherches avec le graphène ont déjà démontré que les propriétés électroniques des monocouches de semiconducteurs sont bien plus élevées que celles des matériaux en vrac avec des mobilités de porteurs supérieures.

Précisément, dans le germanane, la mobilité des électrons est cinq fois supérieure que dans le germanium en vrac et 10 fois plus que dans le silicium.

Ces propriétés intrinsèques du germanane le prédisposent à être utilisé pour fabriquer les dispositifs optoélectroniques et des capteurs avancés de prochaine génération.


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