Cette avancée peut activer les transistors 2D pour les composants de micropuces plus petits

Les matériaux atomiquement minces sont une alternative prometteuse aux transistors à base de silicium; les chercheurs peuvent désormais les connecter plus efficacement à d'autres éléments de puce.

La loi de Moore, la célèbre prédiction selon laquelle le nombre de transistors pouvant être intégrés à une puce doublera tous les deux ans, se heurte à des limites physiques de base. Ces limites pourraient mettre un terme à des décennies de progrès, à moins que de nouvelles approches ne soient trouvées.

Une nouvelle direction explorée est l'utilisation de matériaux atomiquement minces au lieu du silicium comme base pour de nouveaux transistors, mais la connexion de ces matériaux "2D" à d'autres composants électroniques conventionnels s'est avérée difficile.

Aujourd'hui, des chercheurs du MIT, de l'Université de Californie à Berkeley, de la Taiwan Semiconductor Manufacturing Company et d'ailleurs ont trouvé une nouvelle façon d'établir ces connexions électriques, ce qui pourrait aider à libérer le potentiel des matériaux 2D et à favoriser la miniaturisation des composants - peut-être assez pour étendre la loi de Moore, au moins dans un avenir proche, disent les chercheurs.

"Nous avons résolu l'un des plus gros problèmes de la miniaturisation des dispositifs semi-conducteurs, la résistance de contact entre une électrode métallique et un matériau semi-conducteur monocouche", a déclaré le Dr Cong Su, qui travaille maintenant à l'UC Berkeley. La solution s'est avérée simple :l'utilisation d'un semi-métal, l'élément bismuth, pour remplacer les métaux ordinaires pour se connecter au matériau monocouche.

Ces matériaux monocouches ultrafins, en l'occurrence le bisulfure de molybdène, sont considérés comme un concurrent majeur pour contourner les limites de miniaturisation actuellement rencontrées par la technologie des transistors à base de silicium. Mais selon Su, créer une interface efficace et hautement conductrice entre ces matériaux et les conducteurs métalliques afin de les connecter les uns aux autres et à d'autres appareils et sources d'alimentation, était un défi qui a freiné les progrès vers de telles solutions.

L'interface entre les métaux et les matériaux semi-conducteurs (dont ces semi-conducteurs monocouches) produit un phénomène appelé état de gap induit par le métal, qui conduit à la formation d'une barrière Schottky, phénomène qui inhibe la circulation des porteurs de charge. L'utilisation d'un semi-métal, dont les propriétés électroniques se situent entre celles des métaux et des semi-conducteurs, combinée à un alignement énergétique approprié entre les deux matériaux, s'est avérée éliminer le problème.

Le Dr Yuxuan Lin a expliqué que le rythme rapide de la miniaturisation des transistors qui composent les processeurs informatiques et les puces de mémoire s'est arrêté avant, vers 2000, jusqu'à ce qu'un nouveau développement permettant une architecture tridimensionnelle de dispositifs à semi-conducteurs sur une puce brise le marché. impasse en 2007 et les progrès rapides ont repris. Mais maintenant, dit-il, "nous pensons que nous sommes au bord d'un autre goulot d'étranglement".

Les matériaux dits bidimensionnels, des feuilles minces d'un ou quelques atomes d'épaisseur seulement, répondent à toutes les exigences pour permettre un nouveau bond en avant dans la miniaturisation des transistors, réduisant potentiellement de plusieurs fois un paramètre clé appelé longueur de canal - d'environ 5 à 10 nanomètres, dans les puces de pointe actuelles, à une échelle inférieure au nanomètre. Une variété de ces matériaux est largement explorée, y compris une famille de composés connus sous le nom de dichalcogénures de métaux de transition. Le bisulfure de molybdène utilisé dans les nouvelles expériences appartient à cette famille. La question de la réalisation d'un contact métallique à faible résistance avec de tels matériaux a également entravé la recherche fondamentale sur la physique de ces nouveaux matériaux monocouches. Étant donné que les méthodes de connexion existantes ont une résistance si élevée, les minuscules signaux nécessaires pour surveiller le comportement des électrons dans le matériau sont trop faibles pour passer.

Déterminer comment mettre à l'échelle et intégrer de tels systèmes à un niveau commercial pourrait prendre un certain temps et nécessiter une ingénierie plus poussée. Mais pour de telles applications physiques, selon les chercheurs, l'impact des nouvelles découvertes pourrait se faire sentir rapidement.

Pendant ce temps, les chercheurs continuent d'explorer davantage, en continuant à réduire la taille de leurs appareils et en recherchant d'autres appariements de matériaux qui pourraient permettre un meilleur contact électrique avec l'autre type de porteurs de charge - les trous. Ils ont résolu le problème pour le soi-disant transistor de type N, mais s'ils peuvent trouver une combinaison de canal et de matériau de contact électrique pour permettre également un transistor de type P monocouche efficace, cela ouvrirait de nombreuses nouvelles possibilités pour la prochaine génération chips, disent-ils.