La Chine réalise un grand pas en avant dans la technologie des plaquettes semi-conductrices 2D

Jul 21, 2023

PoneyWang/iStock

En vous abonnant, vous acceptez nos conditions d'utilisation et nos politiques. Vous pouvez vous désinscrire à tout moment.

Les scientifiques chinois ont réalisé une percée significative dans le monde des semi-conducteurs, rapporte le South China Morning Post (SCMP). D'une épaisseur d'un seul atome (appelées ainsi « 2D »), les nouvelles tranches de 12 longueurs (30,5 cm) peuvent être bon marché et potentiellement révolutionner l'industrie des semi-conducteurs, affirment leurs créateurs. Bien que des travaux supplémentaires soient nécessaires pour les transformer en micropuces utilisables, les nouvelles tranches pourraient compléter, voire défier, les puces de silicium traditionnelles.

En raison de sa finesse, le nouveau matériau 2D présente des propriétés semi-conductrices supérieures. Cependant, l’équipe de scientifiques a été confrontée à des difficultés lorsqu’il s’est agi d’augmenter la taille des plaquettes et de les produire en grande quantité. « Nous avons prouvé à l’industrie que cela était scientifiquement réalisable et avons instauré la confiance. S’il y a des demandes industrielles à l’avenir, les progrès dans ce domaine progresseront à pas de géant », a déclaré le professeur Liu Kaihui, responsable de l’étude, de l’Université de Pékin, dans une interview exclusive au SCMP.

Comme indiqué dans une étude publiée dans Science Bulletin, les nouvelles tranches offrent des améliorations cruciales par rapport aux puces de silicium existantes. « Lorsque les transistors en silicium sont plus fins, leur [contrôle de tension] se détériore. Le courant existera même lorsque l'appareil ne fonctionne pas. Cela entraîne des coûts énergétiques et une production de chaleur supplémentaires », a expliqué Liu.

Le nouveau matériau 2D comprend des solides cristallins avec une ou plusieurs couches atomiques. En raison de leur épaisseur naturellement atomique, les plaquettes possèdent des propriétés physiques uniques et ont des applications potentielles dans les dispositifs électroniques hautes performances. "Un transistor construit à partir d'une seule couche de MoS2, [un matériau 2D typique] d'une épaisseur d'environ un nanomètre, surpasse plusieurs fois celui fabriqué avec la même épaisseur de silicium", a ajouté Liu.

« Certains matériaux 2D sont considérés comme un système matériel essentiel pour un circuit intégré de 1 nm ou moins. Ils sont également reconnus par l'industrie comme étant capables de maintenir, voire de dépasser, la loi de Moore, selon laquelle le nombre de transistors dans un circuit intégré double environ tous les deux ans », a-t-il déclaré.

Cependant, jusqu’à présent, les scientifiques ont eu du mal à fabriquer des tranches de matériaux 2D présentant une uniformité et des performances élevées, même si les matériaux 2D peuvent exister séparément au niveau de chaque couche. Les nouvelles tranches peuvent être empilées couche par couche, y compris des matériaux tels que le graphène ou les dichalcogénures de métaux de transition (TMD) comme le disulfure de molybdène, le disulfure de tungstène, le diséléniure de molybdène et le diséléniure de tungstène.

"Nous avons développé une nouvelle approche, utilisant une méthode d'approvisionnement surface à surface qui garantit une croissance uniforme", a déclaré Ph.D. a déclaré le candidat Xue Guodong, premier auteur du journal. "Lors de la fabrication de la plaquette de MoS2, une plaque cristalline de chalcogénure (ZnS) coopérant avec des sels fondus dispersés en solution (Na2MoO4) est utilisée comme source d'éléments", a ajouté Guodong.

« Notre équipe d'ingénieurs du Songshan Lake Materials Laboratory a conçu des équipements basés sur cette méthode. [Notre] équipement peut désormais produire 10 000 pièces de tranches 2D par machine et par an », a déclaré Liu.

Vous pouvez consulter l’étude par vous-même dans la revue Science Bulletin.

Résumé de l'étude :

Les dichalcogénures de métaux de transition (TMD) bidimensionnels (2D) sont considérés comme des candidats semi-conducteurs essentiels pour les dispositifs de nouvelle génération en raison de leur épaisseur à l'échelle atomique, de leur mobilité élevée des porteurs et de leur transfert de charge ultra-rapide. À l’instar de l’industrie traditionnelle des semi-conducteurs, la production par lots de TMD à l’échelle d’une tranche est la condition préalable à la poursuite de l’évolution de leurs circuits intégrés. Cependant, la capacité de production des plaquettes TMD est généralement limitée à une seule et petite pièce par lot (allant principalement de 2 à 4 pouces), en raison des conditions strictes requises pour un transport de masse efficace de plusieurs précurseurs pendant la croissance. Ici, nous avons développé une stratégie de croissance modularisée pour la production par lots de TMD à l'échelle d'une tranche, permettant la fabrication de tranches de 2 pouces (15 pièces par lot) jusqu'à une taille record de tranches de 12 pouces (3 pièces par lot). Chaque module, comprenant une unité d'alimentation locale autonome en précurseurs pour une croissance robuste de tranches TMD individuelles, est empilé verticalement avec d'autres pour former un réseau intégré et donc une croissance par lots. Des techniques de caractérisation complètes, notamment la spectroscopie optique, la microscopie électronique et les mesures de transport, illustrent sans ambiguïté la cristallinité élevée et l'uniformité sur une grande surface des films monocouches tels que préparés. De plus, ces unités modularisées font preuve de polyvalence en permettant la conversion du MoS2 à l'échelle d'une tranche tel que produit en diverses structures, telles que les structures Janus de MoSSe, les composés d'alliage de MoS2(1−x)Se2x et les hétérostructures dans le plan de MoS2-MoSe2. . Cette méthodologie présente une production de tranches de haute qualité et à haut rendement et permet potentiellement une transition transparente d'un semi-conducteur 2D à l'échelle du laboratoire à un semi-conducteur 2D à l'échelle industrielle complémentaire à la technologie du silicium.