(Phys.org) — Les chercheurs développent un nouveau type de technologie des semi-conducteurs pour les futurs ordinateurs et l'électronique basée sur des « nanocristaux bidimensionnels » superposés en feuilles de moins d'un nanomètre d'épaisseur qui pourraient remplacer les transistors d'aujourd'hui.

La structure en couches est constituée d'un matériau appelé bisulfure de molybdène, qui appartient à une nouvelle classe de semi-conducteurs - les di-chalogénures métalliques - émergeant comme candidats potentiels pour remplacer la technologie actuelle, semi-conducteurs à oxyde métallique complémentaire, ou CMOS.

De nouvelles technologies seront nécessaires pour permettre à l'industrie des semi-conducteurs de continuer à faire progresser les performances des ordinateurs grâce à la capacité de créer des transistors de plus en plus petits. Cela devient de plus en plus difficile, cependant, continuer à réduire le nombre d'appareils électroniques fabriqués à partir de semi-conducteurs conventionnels à base de silicium.

« Nous allons très bientôt atteindre les limites fondamentales de la technologie CMOS à base de silicium, et cela signifie que de nouveaux matériaux doivent être trouvés afin de continuer à évoluer, " dit Saptarshi Das, titulaire d'un doctorat, travailler avec Joerg Appenzeller, professeur de génie électrique et informatique et directeur scientifique de la nanoélectronique au Birck Nanotechnology Center de Purdue. "Je ne pense pas que le silicium puisse être remplacé par un seul matériau, mais des matériaux différents coexisteront probablement dans une technologie hybride."

Les nanocristaux sont dits bidimensionnels car les matériaux peuvent exister sous forme de feuillets extrêmement minces d'une épaisseur de 0,7 nanomètres, ou à peu près la largeur de trois ou quatre atomes. Les résultats montrent que le matériau fonctionne mieux lorsqu'il est formé en feuilles d'environ 15 couches d'une épaisseur totale de 8 à 12 nanomètres. Les chercheurs ont également développé un modèle pour expliquer ces observations expérimentales.

Les résultats paraissent ce mois-ci en couverture du journal Lettres de recherche rapide . L'article a été co-écrit par Das et Appenzeller, qui ont également co-écrit un article qui sera présenté lors de la conférence annuelle de recherche sur les appareils à l'Université de Notre Dame du 23 au 26 juin.

"Notre modèle est générique et, donc, est censé être applicable à tout système en couches bidimensionnel, " a dit Das.

Le bisulfure de molybdène est prometteur en partie parce qu'il possède une bande interdite, un trait qui est nécessaire pour allumer et éteindre, ce qui est essentiel pour que les transistors numériques stockent des informations en code binaire.

L'analyse du matériau ou son intégration dans un circuit nécessite un contact métallique. Cependant, un facteur limitant la capacité de mesurer les propriétés électriques d'un semi-conducteur est la résistance électrique dans le contact. Les chercheurs ont éliminé cette résistance de contact en utilisant un métal appelé scandium, leur permettant de déterminer les véritables propriétés électroniques du dispositif en couches. Leurs résultats ont été publiés dans le numéro de janvier de la revue Lettres nano avec les doctorants Hong-Yan Chen et Ashish Verma Penumatcha comme autres co-auteurs.

Les transistors contiennent des composants critiques appelés portes, qui permettent aux appareils d'allumer et d'éteindre et de diriger le flux de courant électrique. Dans les chips d'aujourd'hui, la longueur de ces grilles est d'environ 14 nanomètres, ou des milliardièmes de mètre.

L'industrie des semi-conducteurs prévoit de réduire la longueur de la grille à 6 nanomètres d'ici 2020. Cependant, des réductions de taille supplémentaires et des augmentations de vitesse ne sont probablement pas possibles en utilisant du silicium, ce qui signifie que de nouveaux designs et matériaux seront nécessaires pour continuer à progresser.