Une nouvelle approche des circuits intégrés, combiner des atomes de matériaux semi-conducteurs dans des nanofils et des structures sur des surfaces de silicium, est prometteur pour une nouvelle génération de appareils électroniques et photoniques robustes. Ingénieurs de l'Université de Californie, Davis, ont récemment démontré des transistors à nanofils tridimensionnels utilisant cette approche qui ouvrent des opportunités intéressantes pour l'intégration d'autres semi-conducteurs, comme le nitrure de gallium, sur des substrats de silicium.

"Le silicium ne peut pas tout faire, " a déclaré Saïf Islam, professeur de génie électrique et informatique à l'UC Davis. Les circuits construits sur du silicium gravé de manière conventionnelle ont atteint leur limite de taille inférieure, ce qui limite la vitesse de fonctionnement et la densité d'intégration. En outre, les circuits de silicium conventionnels ne peuvent pas fonctionner à des températures supérieures à 250 degrés Celsius (environ 480 degrés Fahrenheit), ou gérer des puissances ou des tensions élevées, ou des applications optiques.

La nouvelle technologie pourrait être utilisée, par exemple, construire des capteurs pouvant fonctionner à haute température, par exemple à l'intérieur des moteurs d'avion.

"Dans un avenir prévisible, la société dépendra d'une variété de capteurs et de systèmes de contrôle qui fonctionnent dans des environnements extrêmes, comme les véhicules à moteur, bateaux, avions, extraction terrestre de pétrole et de minerai, fusées, vaisseau spatial, et implants corporels, " a dit l'Islam.

Les appareils qui incluent à la fois des matériaux en silicium et sans silicium offrent des vitesses plus élevées et des performances plus robustes. Les microcircuits classiques sont formés de couches gravées de silicium et d'isolants, mais il est difficile de faire croître des matériaux sans silicium sous forme de couches sur du silicium en raison d'incompatibilités dans la structure cristalline (ou "désadaptation de réseau") et de différences de propriétés thermiques.

Au lieu, Le laboratoire d'Islam à l'UC Davis a créé des plaquettes de silicium avec des "nanopillars" de matériaux tels que l'arséniure de gallium, nitrure de gallium ou phosphure d'indium sur eux, et fait croître de minuscules "ponts" de nanofils entre les nanopiliers.

"Nous ne pouvons pas faire pousser des films de ces autres matériaux sur du silicium, mais nous pouvons les cultiver sous forme de nanofils, " a dit l'Islam.

Les chercheurs ont pu faire fonctionner ces nanofils comme des transistors, et les combiner dans des circuits plus complexes ainsi que des appareils sensibles à la lumière. Ils ont développé des techniques pour contrôler le nombre de nanofils, leurs caractéristiques physiques et leur consistance.

Islam a déclaré que les structures suspendues présentent d'autres avantages :elles sont plus faciles à refroidir et supportent mieux la dilatation thermique que les structures planes - un problème pertinent lorsque des matériaux non appariés sont combinés dans un transistor.

La technologie s'appuie également sur la technologie bien établie pour la fabrication de circuits intégrés au silicium, au lieu d'avoir à créer une route entièrement nouvelle pour la fabrication et la distribution, dit l'Islam.

Le travail est décrit dans une série d'articles récents dans les revues Matériaux avancés , Lettres de physique appliquée et Transactions IEEE sur la nanotechnologie avec les co-auteurs Jin Yong Oh à UC Davis; Parc Jong Tae, Université d'Incheon, Corée du Sud; Hyun-June Jang et Won-Ju Cho, Université de Kwangwoon, Corée du Sud. Le financement a été fourni par la National Science Foundation des États-Unis et le gouvernement de la Corée du Sud.