Les avancées dans le domaine des semi-conducteurs continuent de transformer le paysage de l’électronique, notamment avec la fabrication de wafers en selenure d’indium (InSe) à deux dimensions. Des recherches récentes menées au International Center for Quantum Materials de l’Université de Pékin, en collaboration avec l’Université Renmin de Chine, ont abouti à des performances exceptionnelles de ces nouveaux dispositifs. Grâce à une stratégie novatrice de croissance « solide-liquide-solide », les chercheurs ont surmonté les barrières historiques de l’intégration de ces matériaux, ouvrant ainsi la voie à des applications évolutives et performantes dans les technologies de prochaine génération.
Des chercheurs du Centre International des Matériaux Quantiques de l’Université de Pékin, en collaboration avec l’Université Renmin de Chine, ont réussi à créer des semi-conducteurs de séléniure d’indium (InSe) en deux dimensions à l’échelle de wafer. Cette avancée, dirigée par le Professeur Liu Kaihui, a permis de surmonter des obstacles majeurs dans la fabrication des semi-conducteurs 2D. Les résultats publiés dans la revue Science, démontrent des performances électroniques exceptionnelles qui ouvrent la voie à des dispositifs plus rapides, plus efficaces et plus petits pour l’électronique de demain.
Une nouvelle stratégie de croissance : sol–liquide–sol
La méthode innovante développée par l’équipe de recherche repose sur une stratégie de croissance sol-liquide-sol qui permet de surmonter les obstacles historiques de fabrication. En utilisant la pulvérisation magnétron pour déposer un film mince amorphe d’InSe sur des substrats en saphir, puis en encapsulant le tout avec de l’indium à bas point de fusion, l’équipe a pu créer un environnement riche en indium. Cette approche favorise une dissolution contrôlée et une recristallisation à l’interface, conduisant à des films cristallins d’InSe de haute pureté, en phase unique et uniformes.
Les propriétés exceptionnelles de l’InSe
L’InSe est souvent qualifié de semi-conducteur d’or en raison de ses propriétés idéales telles qu’une faible masse efficace, une haute vitesse thermique et un gap énergétique approprié. Cependant, l’intégration à l’échelle des wafers n’avait jamais été atteinte auparavant, car il était difficile de maintenir un rapport atomique précis de 1:1 entre l’indium et le sélénium lors de la synthèse. Les méthodes traditionnelles ne produisaient qu’une petite quantité de flocons microscopiques, inadaptés pour les applications électroniques pratiques.
Des performances inégalées pour les transistors InSe
Grâce à ces wafers, l’équipe a fabriqué des réseaux de transistors à grande échelle qui ont démontré des performances remarquables, affichant une mobilité des électrons allant jusqu’à 287 cm²/V·s et un swing sous-seuil moyen de 67 mV/dec. Ces dispositifs ont montré un comportement exceptionnel même à des longueurs de porte inférieures à 10 nm, réduisant le phénomène de lowering drain-induced barrier (DIBL) et permettant des tensions de fonctionnement plus basses tout en optimisant les ratios de courant on/off.
L’InSe face aux attentes futures de l’industrie
Cette avancée place l’InSe en avance sur le silicium dans des projections clés concernant les délais et les produits d’énergie-délai (EDP), faisant de cette technologie un candidat privilégié pour les futures générations de dispositifs électroniques. Alors que la loi de Moore ralentit et que le silicium approche de ses limites physiques, l’InSe représente une alternative prometteuse pour des composants électroniques à faible consommation, adaptés à des domaines d’innovation tels que l’intelligence artificielle, la conduite autonome et les terminaux intelligents.
Des implications larges pour l’électronique moderne
L’importance de cette découverte ne se limite pas uniquement à l’InSe. Elle pourrait servir d’exemple pour le développement d’autres matériaux semi-conducteurs 2D. Des recherches explorent déjà des thèmes variés sur le potentiel des circuits supraconducteurs pour remplacer les composants semi-conducteurs dans les systèmes d’informatique quantique, ou encore sur des matériaux neuromorphiques à très faible consommation pour des calculs éco-énergétiques. Par ailleurs, des avancées sont faites sur des mémoires d’ordinateur fonctionnant comme des batteries, et l’apprentissage automatique permet d’optimiser la prédiction des propriétés des matériaux avec des données limitées. Ces évolutions dans le domaine des semi-conducteurs renforcent l’idée que l’avenir de l’électronique repose sur l’exploration de matériaux à l’état de l’art.
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