(Phys.org) —Les chercheurs signalent des étapes clés dans le développement de nouveaux semi-conducteurs pour potentiellement remplacer le silicium dans les futures puces informatiques et pour des applications dans l'électronique flexible.

Les résultats sont détaillés dans trois documents techniques, dont un portant sur une collaboration de chercheurs de l'Université Purdue, Intel Corp. et SEMATECH, un consortium dédié à l'avancement de la fabrication de puces. L'équipe a démontré la promesse potentielle d'un semi-conducteur extrêmement mince - ou "bidimensionnel" - appelé bisulfure de molybdène.

Bien que le bisulfure de molybdène ait été étudié par des groupes de recherche du monde entier, un obstacle clé à son utilisation pratique a été une grande résistance électrique entre les contacts métalliques et les couches atomiques uniques du matériau. Cette "résistance de contact" limite le passage du courant entre les contacts et le bisulfure de molybdène, entraver les performances.

"C'est un goulot d'étranglement fondamental, " dit Peide " Peter " Ye, un professeur Purdue de génie électrique et informatique.

Maintenant, des chercheurs ont montré comment surmonter cet obstacle en "dopant" le matériau avec le composé chimique 1, 2 dichloroéthane (DCE), ce qui signifie que des couches simples de bisulfure de molybdène sont imprégnées de DCE. Ce dopage entraîne une réduction de 10 fois de la résistance de contact et une réduction de 100 fois de la résistivité de contact, une autre mesure de résistance.

Les résultats sont fondamentaux pour apprendre à développer des alternatives au silicium qui seront probablement nécessaires après 2020, lorsque, on pense, les transistors au silicium atteindront leurs limites technologiques, bloquer de nouveaux progrès.

Les résultats seront présentés lors du Symposium 2014 sur la technologie et les circuits VLSI du 9 au 13 juin à Honolulu. L'article a été rédigé par les doctorants de Purdue, Lingming Yang, Yuchen Du, Han Liu et Heng Wu; les chercheurs de SEMATECH Kausik Majumdar, Py Hung, Robert Tieckelmann et Chris Hobbs; Michael Hatzistergos, un chercheur du College of Nanoscale Science and Engineering de l'Université d'État de New York; Wilman Tsai d'Intel; et vous.

La structure du bisulfure de molybdène est une couche monoatomique de molybdène prise en sandwich entre des couches monoatomiques de sulfure. Les chercheurs ont réussi à doper ces minuscules structures avec le DCE.

"Il est intrinsèquement difficile de doper une seule couche atomique, " a dit Ye. " C'est beaucoup plus difficile que de doper du silicium en vrac pour les dispositifs à semi-conducteurs conventionnels. Je pense qu'un facteur important est la collaboration entre les universités, Intel et SEMATECH, qui a rendu ce genre de recherche possible.

Les chercheurs appellent la technique le dopage par couche moléculaire.

À un égard, le bisulfure de molybdène est similaire au graphène, une couche de carbone extrêmement fine, ce qui est prometteur pour des applications en électronique et en informatique. Comme le graphène, le matériau se forme en couches d'un atome d'épaisseur qui peuvent être décollées. Contrairement au graphène, cependant, le matériau est un semi-conducteur, le rendant potentiellement pratique pour les appareils électroniques. Il est particulièrement prometteur pour les minces, dispositifs électroniques flexibles et transparents pour affichages, tablettes tactiles et autres applications.

L'article sur le bisulfure de molybdène est l'un des trois articles présentés par le groupe de recherche de Ye lors de la conférence VLSI.

L'un des autres articles détaille les découvertes montrant les premiers dispositifs hautes performances fabriqués à l'aide d'un matériau appelé arséniure de gallium, prometteur pour l'ère post-silicium pour les futurs ordinateurs et l'électronique grand public. De tels semi-conducteurs sont appelés matériaux III-V car ils combinent des éléments des troisième et cinquième groupes du tableau périodique.

Les résultats montrent que l'arséniure de gallium est compatible avec le procédé de fabrication complémentaire métal-oxyde-semiconducteur (CMOS) utilisé pour construire des circuits intégrés.

« La recherche sur les MOS à l'arséniure de gallium est en cours depuis environ 50 ans, et ici nous avons démontré pour la première fois que c'est faisable au niveau du circuit CMOS, " Tu as dit.

Dans le troisième article, des chercheurs montrent comment utiliser un semi-conducteur appelé germanium pour produire deux types de transistors nécessaires aux appareils électroniques. Le matériau était auparavant limité aux transistors « de type P ». Les nouvelles découvertes montrent comment utiliser le matériau également pour fabriquer des transistors "de type N" avec des contacts considérablement améliorés, " Vous avez dit. Parce que les deux types de transistors sont nécessaires pour les circuits CMOS, les résultats indiquent des applications possibles du germanium dans les ordinateurs et l'électronique.

Des parties de la recherche, basé au Birck Nanotechnology Center dans le Discovery Park de Purdue, sont financés par la National Science Foundation, la Semiconductor Research Corp. et SEMATECH.