FR3068512B1 - Transistor a effet de champ a gaz d'electrons bidimensionnel, composant et procedes associes - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un transistor (10) à effet de champ à gaz d'électrons bidimensionnel comportant : - un drain (14), - une source (16), - une hétérojonction (22) comportant : - une première couche (26) planaire, la première couche (26) étant réalisée en un premier matériau et comportant une première sous-couche (28) formée par des impuretés de type accepteur, et - une deuxième couche (30) planaire, la deuxième couche (30) étant réalisée en un deuxième matériau et comportant une deuxième sous-couche (32) formée par des impuretés de type donneur, - une unité de contrôle (18) du courant entre le drain (14) et la source (16), l'unité de contrôle (18) étant un applicateur de champ magnétique (34) perpendiculaire aux couches.

Description

Transistor à effet de champ à gaz d’électrons bidimensionnel, composant et procédés associés

La présente invention concerne un transistor à effet de champ à gaz d’électrons bidimensionnel. La présente invention se rapporte aussi à un composant comprenant un tel transistor, un procédé de génération d’un courant par le transistor et à un procédé de fabrication d’un tel transistor.

En électronique, le transistor est un composant fabriqué à partir de matériaux semiconducteurs de haute qualité comportant trois contacts. Dans un transistor à effet de champ, les contacts sont une grille, un drain et une source. Le courant entre la source et le drain est contrôlé par un champ électrique piloté par l’application d’un potentiel sur la grille du transistor, plus précisément, par l’application d’une tension entre la grille et la source.

Pour le domaine de l’électronique rapide, il est connu d’utiliser des transistors à effet de champ à gaz d’électrons bidimensionnel (2D).

De nombreuses dénominations sont possibles pour un tel transistor. Le transistor est souvent désigné par l’acronyme TEGFET qui renvoie au terme anglais de « two-dimensional Electron Gas Field Effect Transistor». Le transistor est parfois dénommé transistor à effet de champ et à distribution électronique. D’autres appellations sont également trouvées dans la littérature comme l’acronyme HEMT pour le terme anglais de « High Electronic Mobility Transistor » qui signifie littéralement « transistor à haute mobilité électronique >> ou l’acronyme MODFET pour le terme anglais de « Modulated Doped Field Effect Transistor » qui signifie littéralement « transistor à effet de champ à dopage modulé >>.

Le transistor à effet de champ à gaz d’électrons bidimensionnel est un composant exploitant les propriétés de haute mobilité d’un gaz bidimensionnel d’électrons formé à l’interface d’une hétérojonction. Autrement formulé, un tel transistor utilise pour sa conduction un gaz d’électrons dans une première couche semiconductrice non dopée, mais les électrons proviennent d’une deuxième couche semiconductrice se trouvant en contact avec la première couche. Le transfert d’électrons résultant de l’interface entre ces deux couches sert à créer un gaz bidimensionnel d’électrons qui se prête bien à la réalisation d’un transistor à effet de champ du fait de la mobilité très élevée dans la première couche.

Toutefois, un courant de fuite au niveau de la grille constitue une source de bruit indésirable, particulièrement à basse température.

Il existe donc un besoin pour un transistor à effet de champ à gaz d’électrons présentant un meilleur rapport signal sur bruit.

Pour cela, la description propose un transistor à effet de champ à gaz d’électrons bidimensionnel comportant un drain, une source et une hétérojonction. L’hétérojonction comporte une première couche planaire et une deuxième couche planaire, la première couche étant réalisée en un premier matériau et comportant une première sous-couche formée par des impuretés de type accepteur, la deuxième couche étant réalisée en un deuxième matériau et comportant une deuxième sous-couche formée par des impuretés de type donneur. Le transistor comporte également une unité de contrôle du courant entre le drain et la source, l’unité de contrôle étant un applicateur de champ magnétique perpendiculaire aux couches.

Suivant des modes de réalisation particuliers, le transistor comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - les impuretés de type accepteur sont du béryllium ou du carbone. - le taux d’impuretés dans le premier matériau est supérieur à 1011 cm'2 - les impuretés de type donneur sont du silicium. - le taux d’impuretés dans le deuxième matériau est supérieur à 5.1011 cm'2. - le premier matériau et le deuxième matériau sont des matériaux semiconducteurs lll-V, le couple du premier matériau et du deuxième matériau étant notamment l’un des couples du groupe constitué de AIGaN/GaN ; AllnAs/GalnAs ; GalnAs/AIGaAs ; AIGaAs/AIGa, et InAs/AISb. - le transistor est dépourvu de grille.

La présente description a également pour objet un composant électronique, notamment un composant TéraHertz, tel une source ou un capteur, comportant au moins un transistor tel que précédemment décrit.

La présente description se rapporte aussi à un procédé de génération d’un courant par un transistor à effet de champ à gaz d’électrons bidimensionnel comportant un drain, une source et une hétérojonction. L’hétérojonction comporte une première couche planaire et une deuxième couche planaire, la première couche étant réalisée en un premier matériau et comportant une première sous-couche formée par des impuretés de type accepteur, la deuxième couche étant réalisée en un deuxième matériau et comportant une deuxième sous-couche formée par des impuretés de type donneur. Le transistor comporte également une unité de contrôle du courant entre le drain et la source, l’unité de contrôle étant un applicateur de champ magnétique perpendiculaire aux couches. Le procédé de génération comprend une étape d’application d’un champ magnétique par l’unité de contrôle.

La présente description concerne aussi un procédé de fabrication d’un transistor à effet de champ à gaz d’électrons bidimensionnel comportant un drain, une source et une hétérojonction. L’hétérojonction comporte une première couche planaire et une deuxième couche planaire, la première couche étant réalisée en un premier matériau et comportant une première sous-couche formée par des impuretés de type accepteur, la deuxième couche étant réalisée en un deuxième matériau et comportant une deuxième sous-couche formée par des impuretés de type donneur. Le transistor comporte également une unité de contrôle du courant entre le drain et la source, l’unité de contrôle étant un applicateur de champ magnétique perpendiculaire aux couches. Le procédé de fabrication comporte une première étape de croissance du premier matériau pendant laquelle la première sous-couche est créée et une deuxième étape de croissance du deuxième matériau pendant laquelle la deuxième sous-couche est créée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention, donnée à titre d'exemple uniquement et en référence aux dessins qui sont : - figure 1, une vue schématique d’un exemple de transistor à effet de champ à gaz d’électrons bidimensionnel ; - figure 2, un graphe montrant la densité électronique bidimensionnelle en fonction du champ magnétique pour un premier échantillon ; - figure 3, un graphe montrant la densité électronique bidimensionnelle en fonction du champ magnétique pour un troisième échantillon ; - figure 4, un graphe montrant la caractéristique courant-tension obtenue en présence de champ magnétique d’amplitudes distinctes pour le premier échantillon ; - figure 5, un graphe montrant la caractéristique courant-tension obtenue en présence de champ magnétique d’amplitudes distinctes pour un deuxième échantillon ; - figure 6, un graphe montrant la caractéristique courant-tension obtenue en présence de champ magnétique d’amplitudes distinctes et inférieures à 3 Teslas pour le troisième échantillon ; - figure 7, un graphe montrant la caractéristique courant-tension obtenue en présence de champ magnétique d’amplitudes distinctes et supérieures à 3 Teslas pour le troisième échantillon, et - figure 8, un graphe illustrant la dépendance en champ magnétique du courant de drain pour le troisième échantillon pour différentes valeurs de la tension de drain.

Un transistor 10 à effet de champ à gaz d’électrons bidimensionnel est représenté schématiquement sur la figure 1.

Le transistor 10 comporte un ensemble de couches 12, un drain 14, une source 16 et une unité de contrôle 18. L’ensemble de couches 12 est un ensemble de couches 12 superposées le long d’une direction d’empilement. La direction d’empilement est symbolisée par un axe Z sur la figure 1. Dans la suite de la description, la direction d’empilement est notée direction d’empilement Z.

Les couches sont des couches planaires s’étendant principalement dans un plan orthogonal à la direction d’empilement Z permettant de définir une première direction transverse et une deuxième direction transverse. La première direction transverse est symbolisée par un axe X tandis que la deuxième direction transverse est symbolisée par un axe Y. Dans la suite de la description, la première direction transverse est dénommée première direction transverse X et la deuxième direction transverse est appelée deuxième direction transverse Y.

En outre, pour la suite, la dimension d’une couche le long de la direction d’empilement Z est dénommée épaisseur.

Dans l’exemple de la figure 1, l’ensemble de couches 12 comporte trois couches : un substrat 20 et une hétérojonction 22 comportant deux couches. Chacune des deux couches comporte une couche monoatomique d’impuretés.

Le substrat 20 est, par exemple, une couche d’arséniure de gallium GaAs semi- isolant. L’épaisseur du substrat 20 est comprise entre 100 micromètres (pm) et 500 pm. L’hétérojonction 22 comporte une première couche 26 destinée à accueillir le gaz d’électrons bidimensionnel.

La première couche 26 est réalisée en un premier matériau M1.

Le premier matériau M1 est de l’arséniure de gallium GaAs non dopé. Le terme « intrinsèque » est souvent utilisé.

La première couche 26 comporte une première sous-couche 28.

La première sous-couche 28 est représentée par des pointillés sur la figure 1.

La première sous-couche 28 est une couche monoatomique d’atome d’impuretés de type accepteur.

En l’espèce, les impuretés de type accepteur sont du béryllium.

Le taux d’impuretés dans le premier matériau M1 de la première sous-couche 28 est compris entre 4.1010 atomes/centimètres2 (cm 2) et 1.1011 cm'2

Par exemple, le taux d’impuretés est égal à 4.1010 cm'2. L’hétérojonction 22 comprend également une deuxième couche 30.

La deuxième couche 30 est réalisée en un deuxième matériau M2.

Le deuxième matériau M2 est de l’arséniure de gallium-aluminium non dopé. L’arséniure de gallium-aluminium regroupe un ensemble de matériaux s’écrivant généralement AIGaAs. Plus précisément, ces matériaux s’écrivent sous la forme AlxGai_ xAs avec x un nombre compris entre 0 et 1.

Les premier et deuxième matériaux M1 et M2 sont non dopés présente des énergies de bande interdite aussi appelée gaps différents. En l’occurrence, le premier matériau M1 est dit à petit gap alors que le deuxième matériau est à dit à grand gap.

En fonctionnement, un canal conducteur formé par le gaz d’électrons bidimensionnel se crée dans la première couche 26, à l’interface entre la première couche 26 et la deuxième couche 30. Le canal conducteur est bidimensionnel.

La première sous-couche 28 est dans la partie du canal conducteur faisant partie de la première couche 26.

La distance z0 entre la première sous-couche 28 et l’interface entre les deux couches 26 et 30 est comprise entre 25 angstroms et 30 angstroms.

Selon l’exemple particulier décrit, la distance z0 entre la première sous-couche 28 et l’interface entre les deux couches 26 et 30 est égale à 25 angstroms.

La deuxième couche 30 comporte une deuxième sous-couche 32.

La deuxième sous-couche 32 est représentée par des pointillés sur la figure 1.

La deuxième sous-couche 32 est une couche monoatomique d’atome d’impuretés de type donneur.

En l’espèce, les impuretés de type donneur sont du silicium.

Le taux d’impuretés dans le deuxième matériau M2 de la deuxième sous-couche 32 est compris entre 5.1011 atomes/centimètres2 (cm 2) et 7.1011 cm'2.

La deuxième sous-couche 32 est propre à fournir en électrons le canal bidimensionnel.

En d’autres termes, le gaz bidimensionnel d’électrons se crée à l’interface des première et deuxième couches 26 et 30 par transfert d’électrons depuis la deuxième sous-couche 32. L’espace compris entre la deuxième sous-couche 32 et l’interface des première et deuxième couches 26 et 30 est désigné sous le terme anglais de « spacer >>. L’espace du spacer présente une épaisseur comprise entre 200 angstrœms et 500 angstrœms. L’épaisseur est, par exemple, égale à 400 angstrœms.

Le spacer sépare les « parents donneurs >> des électrons du canal bidimensionnel. D’où le terme de « dopage modulé >> parfois utilisé pour désigner ce type de transistor 10.

Le drain 14 et la source 16 sont des plots métalliques ou électrodes.

Le drain 14 et la source 16 prennent contact sur le gaz bidimensionnel à l’interface de l’hétérojonction 22.

Les plots métalliques sont déposés sur la première sous-couche 26. L’unité de contrôle 18 est une unité de contrôle 18 du courant entre le drain 14 et la source 16. L’unité de contrôle 18 est un applicateur de champ magnétique 34 perpendiculaire aux couches. L’applicateur de champ magnétique 34 est ainsi propre à appliquer un champ magnétique selon la direction d’empilement Z.

En outre, l’applicateur de champ magnétique 34 est aussi propre à appliquer un champ magnétique présentant une amplitude supérieure à 1 T.

Le fonctionnement du transistor 10 est maintenant décrit en référence à un procédé de génération d’un courant par le transistor 10.

Pour cela, l’unité de contrôle 18 applique un champ magnétique.

Le champ magnétique entraîne la quantification de l’énergie des électrons du gaz bidimensionnel situé à l’interface entre la première couche 26 (premier matériau M1) et la deuxième couche 32 (deuxième matériau M2).

Autrement formulé, basé sur une hétérojonction 22 entre matériaux de natures différentes, le fonctionnement du transistor 10 repose sur l’existence d’un canal dont la conductance est modulable par action sur l’unité de contrôle 18 (champ magnétique).

Pour démontrer expérimentalement de tels effets, il est fait référence aux expériences des figures 2 à 8 permettant de comparer le comportement de trois échantillons.

Chaque échantillon comporte une hétérojonction GaAs/GaAlAs. Le premier échantillon est non dopé par des impuretés de la première sous-couche 28 dans le canal conducteur GaAs, le deuxième échantillon est dopé dans le canal en donneur et le troisième échantillon est dopé dans le canal en accepteur (Be).

Une couche dopée en donneur est une couche usuellement dopée par des impuretés de la colonne IV et/ou de la colonne VI du tableau périodique, par exemple, l’un au moins des éléments Si, Ge, Sn, S, Se et Te. En l’occurrence, le donneur est du silicium Si.

Les échantillons d’hétérojonction GaAs/GaAlAs ont été obtenus par une épitaxie par jet moléculaire.

Les caractéristiques principales sont données dans le tableau 1. Dans le tableau, z0 désigne la distance de la couche en Si ou en Be de l’interface GaAs/GaAlAs, d désigne l’épaisseur du spacer, N la densité bidimensionnelle d’électrons et μ la mobilité bidimensionnelle des électrons à basse température.

Tableau 1 : Caractéristiques principales des échantillons

Il est à noter que chaque échantillon est dépourvu de grille.

Pour illustrer les propriétés particulières de l’échantillon dopé en accepteurs (troisième échantillon), une première comparaison peut être mis en oeuvre en comparant les figures 2 et 3.

La figure 2 représente la densité d’électrons de conduction en fonction du champ magnétique mesuré pour le premier échantillon. La densité oscille sensiblement autour de la même valeur à champ magnétique nul de 2,2x1011 cm'2.

Dans le cadre des expériences menées pour le premier échantillon, la température est de 1,5 K.

La figure 3 propose la densité d’électrons de conduction en fonction du champ magnétique pour différentes valeurs du courant du troisième échantillon (accepteur Be). Il est constaté qu’à des champs présentant des amplitudes plus élevées, la densité d’électrons décroît fortement par rapport à la valeur de la densité d’électrons à champ nul.

Dans le cadre des expériences menées pour le troisième échantillon, la température est de 4,2 K, N(0) = 1,36.1011 cm'2 et Nac = 4.1010 cm"2.

Par ailleurs, les caractéristiques courant-tension obtenues en présence de champ magnétique sont illustrées pour l’échantillon non dopé (premier échantillon) et l’échantillon dopé avec des donneurs (deuxième échantillon) respectivement aux figures 4 et 5. Pour le deuxième échantillon, la température est de 4,2 K.

Les figures 4 et 5 montrent le comportement sous-linéaire typique du courant de drain ld en fonction la tension de drain Vd. La sous-linéarité à champ nul est bien connue et est décrite par une dépendance parabolique selon la formule qui suit :

où : • oc désigne le signe mathématique de proportionnalité, et • Vt dépend des détails de l’hétérojonction.

Pour une valeur de tension de drain Vd suffisamment haute, le deuxième terme de la formule précédente joue un rôle de plus en plus prépondérant et la dépendance du courant de drain en fonction de la tension de drain devient sous-linéaire. A des valeurs de tension de drain Vd encore plus élevées, le courant de drain ld approche de la saturation. En fonction de la longueur de l’échantillon, la saturation peut être due à un phénomène d’un pincement du canal de conduction ou à une saturation de la vitesse des électrons.

Avec l’augmentation du champ magnétique, l’effet de résistance magnétique transverse devient prépondérant et le courant de drain ld décroît. Dans les premier et deuxième échantillons, il est observé que l’effet de résistance magnétique transverse augmente proportionnellement au carré de l’amplitude du champ magnétique. Par ailleurs, par comparaison entre l’échantillon non dopé et l’échantillon dopé, le courant de saturation et la tension de saturation décroissent du fait de la diminution de mobilité des électrons à basses températures dus aux collisions sur les impuretés.

Les caractéristiques des figures 4 et 5 sont à comparer à la caractéristique courant-tension pour l’échantillon dopé en accepteur. La caractéristique courant-tension pour l’échantillon dopé en accepteur est montrée sur la figure 6 pour les amplitudes de champ magnétique inférieures à 3 Tesla (T) et sur la figure 7 pour les amplitudes de champ magnétique supérieures à 3 T.

Du fait de la différence en densité relative des impuretés, les valeurs de courant de saturation et de tension de saturation sont plus faibles dans le cas de l’échantillon dopé en accepteur par rapport au cas de l’échantillon dopé en donneur.

La comparaison montre simultanément deux effets : d’une part, le champ magnétique a un effet très important sur le courant de saturation et d’autre part, le courant de saturation devient constant pour des amplitudes de champ magnétique relativement basses. En d’autres termes, pour le troisième échantillon dopé en accepteur, c’est le champ magnétique qui est le seul facteur contrôlant le courant de drain ld.

La dépendance en champ magnétique du courant de drain ld pour l’échantillon dopé en accepteur est illustrée sur la figure 8 pour différentes valeurs de la tension de

drain Vd. Il apparaît que la sensibilité du courant de drain ld au champ magnétique est forte pour une amplitude de champ magnétique comprise entre 1 T et 8 T et que le courant de drain ld dépend seulement faiblement de la tension de drain Vd pour une amplitude de champ magnétique supérieure à 4 T.

En résumé, dans le cas du troisième échantillon, il est obtenu une valeur constante et stable du courant de drain ld pour une amplitude de champ magnétique donnée indépendamment de la tension de drain Vd.

Pour interpréter un tel résultat, il convient de remarquer que le courant de drain ld pour le troisième échantillon est donnée par la formule suivante : Où :

• Rxx est la résistance longitudinale, et • Rxy est la résistance générée par le champ Hall.

Lorsque la tension de drain Vd augmente, si les résistances Rxx et Rxy restaient constantes, le courant de drain ld s’accroîtrait proportionnellement. Toutefois, dans le cas du troisième échantillon, une localisation des électrons sur des états accepteurs est provoquée par l’augmentation de la tension de drain Vd. Cette localisation entraîne une augmentation des résistances Rxx et Rxy qui empêche l’augmentation du courant de drain ld. Il en résulte une situation d’équilibre pour le courant.

Ainsi, pour un échantillon dopé en accepteur, la caractéristique courant-tension à fort champ magnétique et à basse température est complètement plate et très stable, de sorte que le courant de drain ld dépend seulement de l’intensité du champ magnétique.

Pour rappel, la qualité d’un transistor 10 réside notamment dans le fait que le courant de saturation ne dépend pas ou peu de la tension drain 14-source 16, l’amplification par ce type de transistor étant d’autant plus efficace que la caractéristique courant-tension est plate.

Les expériences permettent ainsi de montrer qu’un moyen pour obtenir un courant de saturation constant et contrôler ce courant jusqu’à un très faible niveau (de l’ordre du microampère ou moins) est d’introduire dans le canal conducteur des impuretés de type accepteur.

De manière plus précise, comme il sera démontré ultérieurement, sous l’action combinée du champ électrique de confinement des électrons selon la direction d’empilement Z et de la force de Lorentz dans le plan XY due au champ magnétique, des atomes accepteurs ionisés négativement et donc répulsifs pour un électron, les impuretés de type accepteur peuvent néanmoins lier un ou plusieurs électrons. Un tel phénomène

donne naissance à des états localisés situés en énergie au-dessus des niveaux libres de Landau (niveaux de Landau dus à la quantification de l’énergie des électrons par le champ magnétique). Lorsque le champ de Hall devient suffisamment élevé (accroissement du courant et/ou du champ magnétique) les électrons libres sont excités par l’effet du champ électrique sur ces états accepteurs. Ces électrons sont alors localisés et ne participent plus au courant.

Cela montre qu’un transistor 10 comportant une hétérojonction 22 dopée en accepteur fonctionne uniquement par application d’un champ magnétique selon la direction d’empilement Z générant selon la deuxième direction transverse Y un champ électrique de Hall. Lorsque le champ électrique de Hall est suffisamment élevé, les états d’impureté dus aux accepteurs localisent un ou plusieurs électrons ce qui permet de contrôler le nombre de porteurs de charges et donc le courant.

Cela évite d’appliquer une tension sur une grille comme dans les documents de l’état de la technique. Le transistor 10 est donc dépourvu de grille, ce qui permet entre autres d’éviter la fuite de courant au niveau de la grille.

Le rapport signal à bruit du transistor 10 est amélioré. Le rendement du transistor 10 est par conséquent augmenté.

En outre, le champ magnétique supprime des coudes (aussi désignés par le terme « kinks >> en anglais) observés dans la caractéristique courant-tension comme cela peut être par exemple le cas pour les TEGFETs à base de GalnAs.

Le niveau de bruit du transistor 10 est remarquablement faible.

De plus, le transistor 10 fonctionnant à très faible courant a une très faible consommation d’énergie.

En outre, le transistor 10 est peu sensible aux variations électrostatiques et au rayonnements ionisants du fait de l’absence de grille.

Le transistor 10 est adapté à fonctionner à des basses températures, inférieure à 20 Kelvins, typiquement comprises entre 4 Kelvins et 20 Kelvins.

Ceci permet d’obtenir avec le transistor 10 des composants bas bruits.

Cela rend le transistor 10 particulièrement adapté pour des applications spatiales.

Plus généralement, un tel transistor 10 est avantageusement utilisé dans un composant d’amplification bas-bruit dans des conditions de basse température.

De tels composants sont notamment utilisés dans le domaine de la radioastronomie, des communications spatiales, de l’observation satellitaire de la terre ou des mesures de résonance de spin.

En variante, le composant est une source 16 de courant. La source 16 de courant est une source 16 de courant de très faible niveau et à très bas bruit.

Selon une autre variante, le composant est un détecteur de rayonnement électromagnétique. Un tel détecteur est à très haute fréquence en tension, notamment au-delà de 100 GHz.

Selon un autre exemple, le composant est un photocoupleur. Par exemple, le photocoupleur est propre à piloter l’intensité lumineuse d’une diode électroluminescente via la modulation d’une tension électrique, notamment au-delà de 10 GHz.

En variante, le composant est un modulateur optique pouvant notamment être utilisé dans le domaine des télécommunications, par exemple au-delà de 100 GHz.

Selon une autre variante, le composant est un capteur actif de champ magnétique.

Dans un autre exemple, le composant est une bascule. La bascule sert, par exemple, de coupe-circuit détecteur de champ magnétique pour des champs élevés dont la sensibilité est réglable à l’aide d’une modulation du champ électrique de Hall.

Une application intéressante de tel composant est la réalisation de source ou de capteur fonctionnant dans le domaine des TéraHertz.

Il est également à noter que la fabrication du transistor 10 est aisée.

En effet, le procédé de fabrication du transistor 10 comporte principalement une première étape de croissance du premier matériau M1 pendant laquelle la première sous-couche 28 est créée et une deuxième étape de croissance du deuxième matériau M2 pendant laquelle la deuxième sous-couche 32 est créée. D’autres modes de réalisation sont envisageables pour le transistor 10.

Par exemple, d’autres impuretés de type accepteur sont possibles. A titre d’illustration, les impuretés sont du carbone.

De manière générale, la nature des impuretés de type accepteur dépend du premier matériau semiconducteur M1 utilisé pour le canal. D’autres matériaux sont également possibles pour le premier matériau M1 et le deuxième matériau M2.

Notamment, le premier matériau M1 et le deuxième matériau M2 sont des matériaux semiconducteurs des colonnes III et V.

En variante, le deuxième matériau M2 et le premier matériau M1 sont le couple AIGaN/GaN.

Selon une autre variante, le deuxième matériau M2 et le premier matériau M1 sont le couple AllnAs/GalnAs.

Selon encore une autre variante, le premier matériau M1 et le deuxième matériau M2 sont le couple GalnAs/AIGaAs.

En variante, le deuxième matériau M2 et le premier matériau M1 sont le couple La variante InAs/AISb.

On rappelle qu’un semi-conducteur de type « III - V » est un semi-conducteur composite fabriqué à partir d'un ou plusieurs éléments de la colonne III du tableau périodique des éléments (bore, aluminium, gallium, indium, ...) et d'un ou plusieurs éléments de la colonne V ou pnictogènes (azote, phosphore, arsenic, antimoine ...).

Un autre matériau comme le graphène pourrait être utilisé pour réaliser le transistor 10.

En variante, le premier et le deuxième matériau sont obtenus à partir de métaux dichalcogénure, en particulier du disulfure de molybdène dont la formule chimique est MoS2.

Selon encore un autre exemple, le premier matériau M1 et le deuxième matériau M2 sont d’autres matériaux semiconducteurs. Le premier matériau M1 présente un premier gap et le deuxième matériau M2 présente un deuxième gap, le premier gap étant strictement inférieur au deuxième gap.

Par exemple, le premier matériau M1 et le deuxième matériau M2 sont le couple SiGe/Ge. D’autres exemples peuvent être des structures à base d’oxyde de semiconducteurs de la colonne II comme ZnO/ZnMgO.

De manière générale, le premier matériau M1 et le deuxième matériau M2 sont des matériaux formant une hétérojonction 22 génératrice d’un gaz d’électrons bidimensionnel.

De manière générale, le deuxième matériau M2 est un matériau dont l’énergie des électrons est quantifiée à basse température à cause du confinement des électrons à l’interface de l’hétérojonction. Il est aussi entendu que la quantification de l’énergie par un champ magnétique est possible à de telles températures

Selon encore un autre mode de réalisation, il est possible d’imposer une différence de potentiel entre deux contacts supplémentaires dans la deuxième direction transverse Y à partir de l’unité de contrôle 18 qui comporte en outre, un applicateur de champ électrique selon la deuxième direction transverse Y.

Un tel applicateur est, par exemple, un générateur de tension, notamment continu ou à une fréquence spécifique.

La présence d’un tel applicateur de champ électrique permet d’augmenter les possibilités offertes par le transistor 10. En effet, le champ magnétique, qui peut être constant, crée par l’intermédiaire du champ de Hall les états localisés alors que le champ électrique est une modulation du champ de Hall permettant de contrôler le courant de drain 14 en localisant plus ou moins et, à la fréquence voulue, les électrons du gaz bidimensionnel.

Dans tous les cas, le transistor 10 présente un meilleur rapport signal/bruit du fait de l’absence de la grille.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS 1Transistor (10) à effet de champ à gaz d’électrons bidimensionnel comportant : - un drain (14), - une source (16), - une hétérojonction (22) comportant : - une première couche (26) planaire, la première couche (26) étant réalisée en un premier matériau (M1) et comportant une première sous-couche (28) formée par des impuretés de type accepteur, et - une deuxième couche (30) planaire, la deuxième couche (30) étant réalisée en un deuxième matériau (M2) et comportant une deuxième sous-couche (32) formée par des impuretés de type donneur, - une unité de contrôle (18) du courant entre le drain (14) et la source (16), l’unité de contrôle (18) étant un applicateur de champ magnétique (34) perpendiculaire aux couches.
2. 2, - Transistor selon la revendication 1, dans lequel les impuretés de type accepteur sont du béryllium ou du carbone.
3. 3. - Transistor selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le taux d’impuretés dans le premier matériau (M1 ) est supérieur à 1011 cm'2
4. 4, - Transistor selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les impuretés de type donneur sont du silicium.
5. 5. - Transistor selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le taux d’impuretés dans le deuxième matériau (M2) est supérieur à 5.1011 cm'2.
6. 6. - Transistor selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le premier matériau (M1) et le deuxième matériau (M2) sont des matériaux semiconducteurs lll-V, le couple du premier matériau (M1) et du deuxième matériau (M2) étant notamment l’un des couples du groupe constitué de AIGaN/GaN ; AllnAs/GalnAs ; GalnAs/AIGaAs ; AIGaAs/AIGa, et InAs/AISb.
7. 7, - Transistor selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le transistor (10) est dépourvu de grille.
8. 8. - Composant électronique, notamment un composant TéraHertz, tel une source ou un capteur, comportant au moins un transistor (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7
9. 9. - Procédé de génération d’un courant par un transistor (10) à effet de champ à gaz d’électrons bidimensionnel comportant : - une hétérojonction (22) comportant : - une première couche (26) planaire, la première couche (26) étant réalisée en un premier matériau (M1) et comportant une première sous-couche (28) formée par des impuretés de type accepteur, et - une deuxième couche (30) planaire, la deuxième couche (30) étant réalisée en un deuxième matériau (M2) et comportant une deuxième sous-couche (32) formée par des impuretés de type donneur, - une unité de contrôle (18) du courant entre le drain (14) et la source (16), l’unité de contrôle (18) étant un applicateur de champ magnétique (34) perpendiculaire aux couches, le procédé de génération comprenant une étape d’application d’un champ magnétique par l’unité de contrôle (18).
10. 10. - Procédé de fabrication d’un transistor (10) à effet de champ à gaz d’électrons bidimensionnel comportant : - un drain (14), - une source (16), - une hétérojonction (22) comportant : - une première couche (26) planaire, la première couche (26) étant réalisée en un premier matériau (M1) et comportant une première sous-couche (28) formée par des impuretés de type accepteur, et - une deuxième couche (30) planaire, la deuxième couche (30) étant réalisée en un deuxième matériau (M2) et comportant une deuxième sous-couche (32) formée par des impuretés de type donneur, - une unité de contrôle (18) du courant entre le drain (14) et la source (16), l’unité de contrôle (18) étant un applicateur de champ magnétique (34) perpendiculaire aux couches, le procédé de fabrication comportant une première étape de croissance du premier matériau (M1) pendant laquelle la première sous-couche (28) est créée et une deuxième étape de croissance du deuxième matériau (M2) pendant laquelle la deuxième sous-couche (32) est créée.