(Phys.org) —Comme la microélectronique devient de plus en plus petite, L'un des plus grands défis pour emballer un smartphone ou une tablette avec une puissance de traitement et une mémoire maximales est la quantité de chaleur générée par les minuscules « commutateurs » au cœur de l'appareil.

Un film d'oxyde métallique complexe - conçu par IBM et l'Université du Texas, chercheurs d'Austin (UTA), et testé chez IBM, la National Synchrotron Light Source (NSLS) du Brookhaven National Laboratory, et Oak Ridge National Laboratory (ORNL) - pourraient aider à réduire la tension requise pour commuter les signaux électroniques, et donc l'excès d'énergie dont ils ont besoin. Leurs recherches sont publiées dans le numéro d'octobre de Nature Nanotechnologie .

"Ce projet consiste à développer des films qui permettront de diminuer la tension nécessaire pour faire basculer l'interrupteur dans un nanotransistor, " dit Jean Jordan-Sweet, un chercheur IBM à NSLS. "L'accent est mis sur la tentative d'incorporer des ferroélectriques dans les dispositifs à base de silicium standard de l'industrie pour augmenter les performances tout en réduisant le besoin de plus de tension."

Une équipe de chercheurs, dirigé par la chercheuse d'IBM Catherine Dubourdieu du Centre national français de la recherche scientifique, a pu commuter la polarisation ferroélectrique de ces films sans utiliser d'électrode inférieure conductrice, ce qui pourrait permettre des appareils plus petits qui maximisent la production sans excès de chaleur.

Pour faire ça, les chercheurs de l'UTA ont développé un film de titanate de baryum sur une base de silicium par épitaxie par faisceau moléculaire, un procédé qui dépose une couche cristalline en correspondance avec un substrat monocristallin. Grâce à la microscopie de force à piézoréponse réalisée à l'ORNL, l'équipe a déterminé que le matériau résultant était ferroélectrique, ce qui signifie qu'il a une polarisation électrique qui peut être inversée lorsqu'un champ électrique externe est appliqué. Ceci est utile non seulement pour les dispositifs logiques à faible consommation, mais également pour les mémoires non volatiles.

"Ces films ferroélectriques peuvent basculer, et une fois commutés, ils sont stables à température ambiante ; de plus, vous pouvez fabriquer ces choses à une très petite échelle nanométrique et il existe de nombreuses façons de les incorporer dans des appareils microélectroniques, ", a déclaré Jordan-Sweet.

Faire pousser le film sur du silicium demande de la finesse. Les structures cristallines du titanate de baryum et du silicium ne s'alignent pas exactement, c'est donc un peu comme essayer de faire rentrer des balles de tennis dans une boîte à œufs. Ils sont trop grands pour les dépressions, une couche tampon doit donc être ajoutée pour garantir un bon enregistrement entre les deux substances. Dans ce cas, Le titanate de strontium a été utilisé car sa taille unitaire de cristal est comprise entre celle du silicium et du titanate de baryum, ce qui permet un réalignement progressif de la structure cristalline dans le film.

Une fois les films développés avec succès, Dubourdieu et Jordan-Sweet ont utilisé la ligne de lumière X20A du NSLS pour effectuer des tests de diffraction des rayons X afin de caractériser la tétragonalité – ou le « manque d'équerrage » de la structure cristalline – dans le film. Ils ont découvert que la couche tampon induisait la structure correcte dans le titanate de baryum de sorte que les unités cristallines tétragonales, et donc la polarisation électrique, pointé dans la bonne direction pour faire de bons transistors.

En utilisant la microscopie à force piézo-réponse au Laboratoire national d'Oak Ridge, l'équipe a découvert qu'ils pouvaient produire une commutation ferroélectrique dans des films de 8 à 40 nanomètres d'épaisseur, bien qu'une épaisseur de seulement 10 nanomètres soit la meilleure pour s'assurer que la polarité à travers le film était uniformément répartie.