Des chercheurs de laboratoires américains et d'un laboratoire belge ont montré comment jouer sur la déformation mécanique d'un semiconducteur 2D, le tellurure de Molybdène (MoTe2), permet de réduire sa bande interdite et d'exploiter ainsi ses atouts pour réaliser un photodétecteur intégré à haut gain dans le proche infrarouge. Leurs travaux ont été publiées dans Nature Photonics le 22 juin.
Les semiconducteurs 2D présentent des atouts pour réaliser des photodétecteurs intégrés dans le proche infrarouge, autour des 1550 nm qu'apprécient les circuits photoniques. Mais les dispositifs utilisant par exemple le graphène ou des nanocristaux de phosphore souffrent de limitations. Les couches 2D de dichalcogénures de métaux de transition comme le MoTe2 représentent une alternative séduisante mais sont pénalisées par leur grande bande interdite. « Notre approche consiste à exploiter une forte déformation locale pour réduire la bande interdite optique de nanocristaux de MoTe2 en multicouche co-intégrés avec des structures à base de guide d'ondes de photonique sur silicium », écrivent les chercheurs.
Film suspendu et étiré
Leur méthode consiste à « imprimer » quelques monocouches de MoTe2 par-dessus une section d'un micro-anneau résonnant (le guide d'ondes du détecteur) en silicium. Le MoTe2est ainsi suspendu de part et d'autre de l'anneau, ce qui, attraction de Van der Waals avec le substrat aidant, étire le film 2D de MoTe2 localement d'environ 3%. Et réduit la bande interdite pour permettre une absorption à 1550 nm.
Résultat, le dispositif réalisé se révèle être un photodétecteur efficace dans le proche infrarouge, affichant un gain élevé allant jusqu'à 500 mA/W à 1550 nm avec une puissance équivalente de bruit de 90 pW/ Hz1/2. Et les checheurs de conclure : « De tels photodétecteurs s'appuyant sur la déformation mécanique de matériaux 2D intégrés aux plates-formes photoniques classiques pourraient déboucher sur une nouvelle classe de composants photo-électroniques. »
