L’industrie des semi-conducteurs s’efforce aujourd’hui de répondre à un triple mandat : augmenter la puissance de calcul, réduire la taille des puces et gérer l’énergie dans des circuits densément peuplés.
Pour répondre à ces demandes, l’industrie doit regarder au-delà du silicium pour produire des dispositifs adaptés au rôle croissant de l’informatique.
Même s’il est peu possible qu’il abandonne ce matériau de pointe dans un avenir proche ou lointain, le secteur technologique aura besoin d’améliorations créatives des matériaux et des architectures des puces pour produire des dispositifs adaptés au rôle croissant de l’informatique.
L’un des plus gros défauts du silicium est qu’il ne peut être rendu que très fin, car or truck ses propriétés matérielles sont fondamentalement limitées à trois dimensions. . Pour cette raison, le bidimensionnel Les semi-conducteurs, si fins qu’ils n’ont pratiquement aucune hauteur, sont devenus un objet d’intérêt pour les scientifiques, les ingénieurs et les fabricants de microélectronique.
Des composants de puce furthermore fins offriraient un meilleur contrôle et une in addition grande précision sur le flux d’électricité dans un appareil, tout en réduisant la quantité d’énergie nécessaire pour l’alimenter. Un semi-conducteur 2D contribuerait également à maintenir au bare minimum la floor d’une puce, située dans un movie mince au-dessus d’un dispositif de assist en silicium.
Mais jusqu’à récemment, les tentatives visant à créer un tel matériau ont échoué.
Certains semi-conducteurs 2D se sont révélés performants par eux-mêmes, mais leur dépôt a nécessité des températures si élevées qu’elles ont détruit la puce de silicium sous-jacente. D’autres pourraient être déposés à des températures compatibles avec le silicium, mais leurs propriétés électroniques (consommation d’énergie, vitesse, précision) faisaient défaut. Certains répondent aux attentes en termes de température et de performances, mais n’ont pas pu atteindre la pureté requise aux tailles typical de l’industrie.
Aujourd’hui, des chercheurs de l’École d’ingénierie et de sciences appliquées de l’Université de Pennsylvanie ont transformé un semi-conducteur 2D hautes performances en une plaquette grandeur mother nature à l’échelle industrielle. De in addition, le matériau semi-conducteur, le séléniure d’indium (InSe), peut être déposé à des températures suffisamment basses pour s’intégrer à une puce de silicium.
Deep Jariwala, professeur agrégé et chercheur émérite Peter et Susanne Armstrong au Département de génie électrique et des systèmes (ESE), et Seunguk Track, boursier postdoctoral en ESE, ont dirigé l’étude, publiée récemment dans Subject.
« La fabrication de semi-conducteurs est un processus de fabrication à l’échelle industrielle », explique Jariwala. « Vous ne disposerez pas d’un matériau viable à moins de pouvoir le produire sur des tranches à l’échelle industrielle. Additionally vous pouvez fabriquer de puces par good deal, additionally le prix est bas. Mais le matériau doit également être pur pour garantir ses performances. C’est pourquoi le silicium est si répandu : vous pouvez le fabriquer en grande quantité sans sacrifier sa pureté.
L’InSe s’est depuis longtemps révélé prometteur en tant que matériau 2D pour les puces informatiques avancées, car il transporte exceptionnellement bien les prices électriques. Mais produire des movies d’InSe suffisamment grands s’est avéré délicat auto la chimie de l’indium et du sélénium a tendance à se combiner dans des proportions moléculaires différentes, prenant des structures chimiques avec des ratios variables de chaque élément et compromettant ainsi sa pureté.
Le succès de l’équipe reposait sur l’application par Music d’une system de croissance permettant de surmonter les bizarreries de la composition atomique de l’InSe.
« Pour les besoins d’une technologie informatique avancée, la structure chimique de l’InSe 2D doit être exactement à 50 :50 entre les deux éléments. Le matériau résultant a besoin d’une framework chimique uniforme sur une grande floor pour fonctionner », explique Tune.
L’équipe a atteint cette pureté révolutionnaire en utilisant une procedure de croissance appelée « dépôt chimique en period vapeur organométallique vertical » (MOCVD). Des recherches antérieures avaient tenté d’introduire l’indium et le sélénium en quantités égales et en même temps. Song a cependant démontré que cette méthode était à l’origine de buildings chimiques indésirables dans le matériau, produisant des molécules avec des proportions variables de chaque élément. MOCVD, en revanche, fonctionne en envoyant l’indium dans un flux continu tout en introduisant le sélénium par impulsions.
« En pulsant, vous donnez à l’indium et au sélénium le temps de se combiner. Dans les instants entre les impulsions, vous privez l’environnement de sélénium, ce qui évite que le rapport ne devienne trop élevé. L’avantage de l’impulsion est la pause. C’est ainsi que nous obtenons un rapport uniforme 50 :50 sur l’ensemble de notre plaquette pleine taille », explique Tune.
En moreover de la pureté chimique, l’équipe a également pu contrôler et aligner la route des cristaux dans le matériau, améliorant encore davantage la qualité de leur semi-conducteur en fournissant un environnement transparent pour le transportation des électrons.
« Les deux qualités matérielles les as well as importantes dans un semi-conducteur sont la pureté chimique et l’ordre cristallin. La qualité industrielle la moreover importante est l’évolutivité. Ce matériau vérifie chaque scenario », explique Jariwala.
