Un nouveau procédé de revêtement de nanofils de cuivre avec du graphène - une couche ultrafine de carbone - réduit la résistance et l'échauffement, suggérant des applications potentielles dans les puces informatiques et les écrans flexibles.

« Les nanofils de cuivre hautement conducteurs sont essentiels pour un transfert de données et une conduction thermique efficaces dans de nombreuses applications telles que les puces semi-conductrices hautes performances et les écrans transparents, " a déclaré la doctorante Ruchit Mehta, travailler avec Zhihong Chen, professeur agrégé de génie électrique et informatique à l'Université Purdue.

Maintenant, les chercheurs ont développé une technique pour encapsuler les fils avec du graphène et ont montré que les fils hybrides sont capables d'une transmission de données 15 % plus rapide tout en abaissant la température de pointe de 27 % par rapport aux nanofils de cuivre non revêtus.

« C'est une preuve convaincante d'une vitesse et d'une gestion thermique améliorées en adaptant la technologie hybride cuivre-graphène dans les futures puces de silicium et les applications électroniques flexibles, " il a dit.

Les résultats sont détaillés dans un document de recherche publié en ligne en février dans la revue Lettres nano . L'article a été rédigé par Mehta, étudiant au doctorat Sunny Chugh et Chen.

Les chercheurs et l'industrie essaient de créer des fils plus petits pour augmenter la "densité d'emballage" des composants électroniques dans les puces. Cependant, tandis que des fils plus petits sont nécessaires pour augmenter les performances et la capacité, la réduction de la taille des fils réduit la conductivité électrique et thermique, ce qui peut entraîner une surchauffe et des dommages. Le revêtement de graphène empêche les fils de cuivre de s'oxyder, en préservant une faible résistance et en réduisant la quantité de chauffage.

"Si la surface est recouverte d'oxyde, une grande partie des propriétés conductrices électriques et thermiques du cuivre sont perdues, " Mehta a dit. " C'est très important parce que vous voulez autant de courant que possible passant par ces fils pour augmenter la vitesse, mais ils ne peuvent pas prendre trop de courant car ils vont fondre. Mais si le cuivre a une bonne conductivité électrique et thermique, vous pouvez y faire passer plus de courant."

Les fils hybrides sont prometteurs pour des affichages transparents et flexibles car ils pourraient être utilisés en nombre clairsemé, maintenir la transparence, et ils sont pliables.

"Les fils de cuivre ne sont généralement pas bons pour ces écrans car ils finissent par s'oxyder et cesser de fonctionner, " Mehta a dit. " Si vous pouvez empêcher l'oxydation, ils deviennent potentiellement un bon ajustement."

Jusqu'à présent, il était difficile de revêtir des nanofils de cuivre avec du graphène car le processus nécessite un dépôt chimique en phase vapeur à des températures d'environ 1, 000 degrés Celsius, qui dégrade les couches minces de cuivre et les fils de petite dimension. Les chercheurs ont développé un nouveau processus qui peut être effectué à environ 650 degrés Celsius, en préservant les petits fils intacts, en utilisant une procédure appelée dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma. Les fils ont été testés en deux largeurs :180 nanomètres - soit plus de 500 fois plus fins qu'un cheveu humain - et 280 nanomètres.