Dans une avancée qui aide à ouvrir la voie aux technologies électroniques et informatiques de nouvelle génération, et peut-être à des gadgets ultra-fins, des scientifiques du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) du département américain de l'Énergie ont mis au point un moyen d'assembler chimiquement des transistors et des circuits qui sont seulement quelques atomes d'épaisseur.

Quoi de plus, leur méthode produit des structures fonctionnelles à une échelle suffisamment grande pour commencer à réfléchir aux applications du monde réel et à l'évolutivité commerciale.

Ils rapportent leurs recherches en ligne le 11 juillet dans le journal Nature Nanotechnologie .

Les scientifiques ont contrôlé la synthèse d'un transistor dans lequel des canaux étroits ont été gravés sur du graphène conducteur, et un matériau semi-conducteur appelé dichalcogénure de métal de transition, ou TMDC, a été ensemencé dans les canaux vierges. Ces deux matériaux sont des cristaux monocouches et atomiquement minces, ainsi, l'assemblage en deux parties a donné des structures électroniques essentiellement bidimensionnelles. En outre, la synthèse est capable de couvrir une zone de quelques centimètres de long et de quelques millimètres de large.

"C'est un grand pas vers un moyen évolutif et reproductible de construire des composants électroniques atomiquement minces ou d'emballer plus de puissance de calcul dans une zone plus petite, " dit Xiang Zhang, un scientifique principal de la division des sciences des matériaux du Berkeley Lab qui a dirigé l'étude.

Zhang est également titulaire de la chaire Ernest S. Kuh à l'Université de Californie (UC) Berkeley et est membre du Kavli Energy NanoSciences Institute à Berkeley. D'autres scientifiques qui ont contribué à la recherche incluent Mervin Zhao, Yu Ye, Yang Xia, Hanyu Zhu, Siqi Wang, et Yuan Wang de l'UC Berkeley ainsi que Yimo Han et David Muller de l'Université Cornell.

Leurs travaux s'inscrivent dans une nouvelle vague de recherche visant à suivre le rythme de la loi de Moore, qui soutient que le nombre de transistors dans un circuit intégré double environ tous les deux ans. Afin de garder ce rythme, les scientifiques prédisent que l'électronique intégrée nécessitera bientôt des transistors mesurant moins de dix nanomètres de long.

Les transistors sont des interrupteurs électroniques, ils doivent donc pouvoir s'allumer et s'éteindre, qui est une caractéristique des semi-conducteurs. Cependant, à l'échelle nanométrique, les transistors au silicium ne seront probablement pas une bonne option. C'est parce que le silicium est un matériau en vrac, et à mesure que l'électronique en silicium devient de plus en plus petite, leurs performances en tant que commutateurs diminuent considérablement, qui est un obstacle majeur pour l'électronique future.

Les chercheurs se sont tournés vers des cristaux bidimensionnels qui n'ont qu'une molécule d'épaisseur comme matériaux alternatifs pour suivre la loi de Moore. Ces cristaux ne sont pas soumis aux contraintes du silicium.

Dans cette veine, les scientifiques du Berkeley Lab ont mis au point un moyen d'ensemencer un semi-conducteur monocouche, dans ce cas le bisulfure de molybdène TMDC (MoS2), dans des canaux gravés par lithographie dans une feuille de graphène conducteur. Les deux feuillets atomiques se rencontrent pour former des jonctions à l'échelle nanométrique qui permettent au graphène d'injecter efficacement du courant dans le MoS2. Ces jonctions font des transistors atomiquement minces.

« Cette approche permet l'assemblage chimique de circuits électroniques, utilisant des matériaux bidimensionnels, qui montrent des performances améliorées par rapport à l'utilisation de métaux traditionnels pour injecter du courant dans les TMDC, " dit Mervin Zhao, un auteur principal et un doctorat. étudiant dans le groupe de Zhang au Berkeley Lab et à l'UC Berkeley.

Images de microscopie optique et électronique, et cartographie spectroscopique, ont confirmé divers aspects liés à la formation réussie et à la fonctionnalité des transistors bidimensionnels.

En outre, les scientifiques ont démontré l'applicabilité de la structure en l'assemblant dans le circuit logique d'un onduleur. Cela souligne davantage la capacité de la technologie à jeter les bases d'un ordinateur atomique assemblé chimiquement, disent les scientifiques.

"Ces deux cristaux bidimensionnels ont été synthétisés à l'échelle de la plaquette d'une manière compatible avec la fabrication actuelle de semi-conducteurs. En intégrant notre technique à d'autres systèmes de croissance, il est possible que le futur calcul puisse être fait complètement avec des cristaux atomiquement minces, " dit Zhao.