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Le silicium bat les semi-conducteurs exotiques

Ridha Loukil

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Intel a développé un photodétecteur en silicium plus performant que son équivalent traditionnel en semi-conducteur III-V.

Les chercheurs du Photonics Technology Lab d'Intel, à San Jose, en Californie (États-Unis), ont réussi l'incroyable : le développement d'un photodétecteur à avalanche près de trois fois plus performant que les produits actuels. Mais au lieu du phosphure d'indium, ce composant fait appel au silicium, un semiconducteur banalisé dans les puces électroniques.

Ce résultat ouvre la perspective de composants opto-électroniques non seulement plus économiques mais aussi, et c'est là la grande nouveauté, plus performants de nature à révolutionner l'informatique. Les communications optiques, réservées aujourd'hui aux télécoms, pourraient demain entrer dans les ordinateurs en remplaçant les liaisons électriques entre cartes et entre puces par des liaisons optiques plus rapides. De quoi réduire l'encombrement et la consommation et doper la vitesse de traitement.

Un photodétecteur détecte le signal lumineux en provenance d'une diode laser et le convertit en signal électrique. Le type à avalanche amplifie en plus le signal grâce à un phénomène interne de multiplication des électrons, ce qui permet de détecter soit un signal lumineux dix fois plus faible soit le même signal sur une distance dix fois plus grande. Comme les diodes laser, les diodes électroluminescentes ou les photocoupleurs, il est réalisé aujourd'hui en semiconducteurs III-V (arséniure de gallium, phosphure d'indium...), avec des procédés de fabrication complexes et onéreux. Le passage au silicium vise à faire bénéficier l'optique des gains d'échelles obtenus en électronique en utilisant non seulement un semiconducteur meilleur marché mais aussi le procédé Cmos de fabrication des circuits intégrés courants comme les microprocesseurs, les puces mémoires ou les DSP.

Le produit gain par bande passante atteint 340 GHz

Le prototype d'Intel combine le germanium et le silicium, le premier pour la détection du signal lumineux, le second pour l'amplification. L'une des difficultés vient du fait que ces deux matériaux présentent une structure de cristal de taille différente. La croissance de la couche de germanium sur celle du silicium entraîne donc des contraintes et des déformations qui se traduisent par du bruit dans le signal capté. Intel affirme avoir réussi à trouver les bons paramètres thermiques du procédé de déposition de la couche de germanium pour limiter ce défaut.

Selon les mesures de qualification effectuées, le produit gain par bande passante (qui détermine la capacité d'amplification à un débit donné) atteint 340 GHz, contre 120 GHz pour l'équivalent en phosphure d'indium. « C'est la première fois qu'un composant opto-électronique en silicium dépasse en performances son équivalent en semiconducteur III-V », se réjouit Mario Paniccia, directeur du Photonics Technology Lab d'Intel.

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