1er mars 2024
Une avancée dans la recherche sur les semi-conducteurs, menée par des chercheurs du Japon et de l’Allemagne, est à l’origine d’un progrès significatif dans la production de cristaux ultrapurs. Avec un système laser de 20 kW, cette méthode permet la production de cristaux semi-conducteurs essentiels pour l’électronique de puissance des voitures électriques et l’industrie photovoltaïque.
L’Institut Fraunhofer pour la technologie laser ILT, à Aix-la-Chapelle, a joué un rôle clé dans le développement d’un système laser innovant de 20 kW, utilisé pour la fabrication de cristaux semi-conducteurs ultrapurs. Ce système utilise le procédé de zone flottante à diode laser (laser-diode floating zone, LDFZ), une technologie avancée qui présente des avantages considérables par rapport aux méthodes traditionnelles basées sur des creusets telles que les procédés Czochralski ou Edge-Defined Film-Fed Growth. Le procédé LDFZ permet d’atteindre une plus grande pureté des cristaux car, en utilisant le rayonnement plutôt que le transfert de chaleur direct, il évite la contamination par fusion du matériau du creuset.
L’équipe de l’ILT a développé une optique de haute performance spéciale pour utiliser efficacement le rayonnement émis par le laser. Cette optique divise le rayonnement en cinq faisceaux partiels qui sont redirigés par des miroirs refroidis à l’eau pour chauffer uniformément le cristal. Cette commande précise du rayonnement laser conduit à un processus de chauffage plus efficace et mieux contrôlé par rapport aux méthodes traditionnelles.
La mise en œuvre du système a été réalisée grâce à une coopération germano-japonaise. L’optique a été développée et testée à Aix-la-Chapelle. Elle a ensuite été transférée au Japon. Là, le Dr Toshimitsu Ito de l’Institut national des sciences et technologies industrielles avancées (AIST) a travaillé avec le système pour cultiver des cristaux d’oxyde de gallium d’un diamètre pouvant atteindre jusqu’à 30 mm – les plus grands cristaux jamais produits par une méthode sans creuset.
Le projet marque un jalon dans la science des matériaux. Les résultats offrent non seulement de nouvelles possibilités dans la fabrication de semi-conducteurs, mais ouvrent également des perspectives pour la production d’autres oxydes métalliques. Les recherches futures visent à adapter le procédé pour la fabrication de cristaux optiques, soulignant ainsi le potentiel de cette technologie.
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