Chercheurs de l'Institut national Tyndall, Irlande, ont produit la toute première simulation atome par atome de la croissance d'un film à l'échelle nanométrique par dépôt de couche atomique (ALD) - une technologie à couche mince utilisée dans la production de puces en silicium.

Présent dans tous les appareils électroniques tels que les cartes de crédit, téléphones portables et ordinateurs, chaque puce est composée de plusieurs couches minces qui assurent différentes fonctions. ALD a un rôle clé à jouer dans la fabrication de puces aux couches toujours plus fines pour la prochaine génération d'appareils électroniques. Des simulations de croissance pourraient aider à améliorer le processus ALD, mais jusqu'à maintenant, n'étaient pas assez précis sur les échelles de temps expérimentales.

De la même manière, tandis que les simulations de mécanique quantique donnent une image précise atome par atome des réactions ALD individuelles aux plus petites échelles, c'est encore loin de ce qui peut être mesuré en laboratoire – jusqu'à maintenant. Le groupe Tyndall dirigé par le Dr Simon Elliott a pour la première fois combiné la précision du niveau de la mécanique quantique avec les statistiques nécessaires pour suivre comment des milliers d'atomes réagissent des millions de fois par seconde, la constitution de couches de matière, comme au labo.

Mahdi Shirazi, qui obtiendra un doctorat pour ce travail, explique ce qui distingue ses recherches :« Il était crucial de modéliser l'ensemble complet de toutes les réactions ALD, des centaines d'entre eux, au niveau de la mécanique quantique, puis extraire soigneusement les informations nécessaires aux simulations de croissance. »

Ainsi, pour la première fois, nous voyons le lien entre les réactions chimiques atome par atome et la croissance des couches de matériaux. Cela ouvre la voie à un traitement ALD nouveau et amélioré des matériaux pour les puces électroniques, mais aussi pour les catalyseurs, cellules solaires et éclairage LED.

Les simulations ont été rendues possibles grâce à la puissance de calcul du Centre irlandais pour l'informatique haut de gamme et le projet a été financé par la Science Foundation Ireland via le pôle de recherche stratégique FORME.