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La réponse du silicium à une contrainte mécanique amplifiée par les défauts cristallins

par Anne-Marie - publié le , mis à jour le

Une plaquette commerciale de silicium présente des variations géantes de résistance électrique lorsqu’elle est soumise à une contrainte mécanique. Cet effet, appelé piézo-résistance, est à la base des technologies du silicium contraint que l’on retrouve dans de nombreux dispositifs microélectroniques actuels. Dans le présent travail, les auteurs rapportent un effet de piézo-résistance dans une plaquette dite "SOI totalement appauvrie" qui est plus de 10 fois plus grand que celui exploité dans les technologies actuelles du silicium contraint. Cet effet est dû aux propriétés électromécaniques des défauts cristallins dans le silicium. Le point important est que cet effet apparait lorsque la résistance est mesurée à des fréquences qui correspondent aux temps caractéristiques auxquels les défauts cristallins piègent les électrons libres – ceux qui participent à la conduction électrique – dans le silicium. Dans les conditions usuelles de mesures en continu, ou à fréquence nulle, le même échantillon présente simplement la réponse habituelle du silicium sous contrainte. Ce résultat apporte un point de vue nouveau dans le débat sur la piézo-résistance des nano-fils de silicium, alimenté par la publication d’une grande variété d’effets contradictoires, et ouvre la voie aux développement de technologies des défauts sous contraintes pour des applications telles que les capteurs de contrainte ultra-sensibles, les diodes à commutation rapide ou les protocoles de lecture électrique pour les technologies quantiques.