Les vêtements étirés peuvent ne pas être une bonne pratique pour la journée de lessive, mais dans le cas de la fabrication de microprocesseurs, étendre la structure atomique du silicium dans les composants critiques d'un appareil peut être un bon moyen d'augmenter les performances d'un circuit.

Créer des semi-conducteurs « étirés » avec des espaces plus grands entre les atomes de silicium, communément appelé « silicium contraint, " permet aux électrons de se déplacer plus facilement à travers le matériau. Historiquement, l'industrie des semi-conducteurs a utilisé du silicium tendu pour tirer un peu plus d'efficacité et de performances des microprocesseurs conventionnels qui alimentent les ordinateurs de bureau et portables que nous utilisons chaque jour.

Cependant, l'incapacité des fabricants à introduire du silicium contraint dans l'électronique flexible a limité leur vitesse et leur puissance théoriques à, au plus, environ 15 gigahertz. Grâce à un nouveau processus de production mis au point par les ingénieurs de l'Université du Wisconsin-Madison, ce plafond pourrait être levé.

"Ce nouveau design est encore assez conservateur, " dit Zhenqiang (Jack) Ma, professeur de génie électrique et informatique. « Si nous étions plus agressifs, il peut monter jusqu'à 30 ou 40 gigahertz, facilement."

Ma et ses collaborateurs ont rapporté leur nouveau procédé dans Rapports scientifiques sur la nature le 18 février, 2013.

Ma s'est efforcé de résoudre le paradoxe de la contrainte et du dopage de l'électronique en silicium construite sur un substrat flexible. Le processus de déformation est similaire à l'étirement d'un t-shirt :les chercheurs tirent une couche de silicium sur une couche d'alliage de silicium germanium de plus grande taille atomique, qui étire le silicium et force les espaces entre les atomes à s'élargir. Cela permet aux électrons de circuler plus librement entre les atomes, se déplacer facilement à travers le matériau, tout comme un t-shirt tendu sur un mannequin aura plus d'espace entre les fils, lui permettant de respirer.

Le problème vient pendant le processus de dopage. Cette étape nécessaire dans la fabrication des semi-conducteurs introduit des impuretés qui fournissent des électrons qui finissent par traverser le circuit. Doper une feuille de silicium tendu, c'est comme repasser une décalcomanie sur un t-shirt étiré. Tout comme un motif thermocollé se fissure et se plie lorsque le t-shirt est étiré et non étiré, l'acte de dopage déforme la feuille de silicone souple et autoportante, limitant sa stabilité et son utilité en tant que matériau pour circuits intégrés.

"Nous devions doper ce matériau de manière à ce que la structure du réseau à l'intérieur ne soit pas déformée, permettant un silicium à la fois contraint et dopé, " dit Maman.

La solution s'apparente à la teinture d'un motif dans le tissu d'une chemise, plutôt que de le repasser après coup. Ma et ses collaborateurs de l'UW-Madison—Max Lagally, le professeur Erwin W. Mueller et le professeur Bascom de science des surfaces et de science et ingénierie des matériaux; et Paul Voyles, un professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux - ont développé un processus par lequel ils dopent une couche de silicium, puis faire croître une couche de silicium germanium sur le silicium, puis faites pousser une dernière couche de silicium par-dessus. Maintenant, le motif de dopage s'étire avec le silicium.

« La structure est maintenue, et le dopage est toujours là, " dit Maman.

Les chercheurs appellent la nouvelle structure une « structure de partage contraint ». Ma pense que l'utilisation du matériau pour concevoir des circuits flexibles de nouvelle génération produira une électronique flexible qui offrira des vitesses d'horloge beaucoup plus élevées à une fraction du coût énergétique.

La prochaine étape sera de réaliser des processeurs, amplificateurs de fréquence radio, et d'autres composants qui gagneraient à être construits sur des matériaux souples, mais auparavant, ils nécessitaient des processeurs plus avancés pour être réalisables. "Nous pouvons continuer à augmenter la vitesse et affiner l'utilisation des puces dans un large éventail de composants, " dit Ma. " A ce stade, la seule limite est l'équipement de lithographie utilisé pour fabriquer les appareils à grande vitesse."