Passivation de la surface du GeSn pour le développement de l'optoélectronique intégrée opérant dans l'infrarouge moyen

L'avènement de l'utilisation du Web et du développement des technologies de l'information et de la communication a contribué à façonner notre société et l'économie mondiale telles que nous les connaissons aujourd'hui. Les avancées technologiques profitent aussi bien aux consommateurs qu'au monde industriel : santé, travail, éducation … Les objets connectés sont désormais partout et dans tous les secteurs. Cependant, cette explosion de l'utilisation d'internet implique l'utilisation massive de data centers ayant des impacts énergétiques et environnementaux massifs. En effet, la demande d'électricité liée au secteur des technologies de la communication et de l'information est supposée représenter à elle seule 21 % de la demande mondiale d'ici 2030. Plus concrètement, dans les data centers, les interconnexions nécessaires à la transmission de données entre les puces électroniques sont responsables de la consommation de beaucoup d'énergie en raison de la chaleur gâchée en effet Joule et dans les systèmes de refroidissement connexes. De plus, la demande croissante en performance repousse les limites de ces interconnexions, car le nombre de processeurs augmente et la distance de transmission des données est réduite. Il est donc critique de répondre à ce défi environnemental et technologique par le développement de dispositifs électroniques à faible consommation. Une potentielle solution propose d'intégrer des interconnexions optiques via la photonique sur plateforme de silicium (Si) pour s'attaquer à ces problèmes. Cette solution est prometteuse puisque les photons ne subissent pas de pertes d'énergie par production de chaleur et la compatibilité avec le Si permettrait de bénéficier de toute l'infrastructure de la microélectronique CMOS (Complementary Metal Oxyde Semiconductor) et donc de réduire les coûts associés à la fabrication. À cet égard, les alliages Germanium-Étain (GeSn) semblent être des candidats idéaux. En effet, le GeSn est compatible avec le Si et il présente une bande interdite directe au-delà de 9 at. % en Sn, propriété nécessaire à la création de dispositifs optoélectroniques tels que des photodétecteurs ou des sources lumineuses.

Abstract

The advent of the use of the Web and the development of the technologies of information and communication have had an immense impact on our society and its economy. Those technological advances benefit consumers as well as the industrial world. Whether it be in the healthcare industry, in the education system or in our offices, connected objects are everywhere. However, this explosion in internet use involves the massive use of data centers which have a significant energy and environmental impact. Indeed, the electricity demand related to the communication and information technology sectors is expected to represent no less than 21% of the global demand by 2030. More specifically, in data centers, the interconnections involved in data transmission between electronic chips are responsible for a great part of power consumption due to the heat generation by Joule effect and the related cooling systems. In addition, the increasing demand for bandwidth pushes the limits of these electrical interconnects by forcing the transmission distance to shrink as a result of forcing processors closer and closer together. It is therefore critical to tackle this environmental and technological challenge by developing low-consumption electronic devices. One potential solution is to integrate optical interconnects via photonics on silicon (Si) platforms to tackle performance requirements and power challenges. This solution is promising since photons do not undergo energy loss by heat production and allow higher data rates along with higher connection densities. The compatibility with Si is essential since this solution would benefit from the existing CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) microelectronics infrastructure and therefore reduce the associated costs. In this regard, Germanium-Tin (GeSn) alloys seem to be ideal candidates. Indeed, GeSn is compatible with Si and it has a direct bandgap beyond 9 at. % in Sn, a key property for the development of optoelectronic devices such as photodetectors or light sources.