La technologie des semi-conducteurs au silicium a fait des merveilles pour l'avancement de notre société, qui a énormément bénéficié de son utilisation polyvalente et de ses capacités étonnantes. Le développement de l'électronique, automatisation, des ordinateurs, les appareils photo numériques et les smartphones récents basés sur ce matériau et sa technologie sous-jacente ont explosé, réduire la taille physique des dispositifs et des fils au régime nanométrique.

Bien que cette technologie se développe depuis la fin des années 1960, la miniaturisation des circuits semble avoir atteint un point final possible, puisque les transistors ne peuvent être réduits qu'à une certaine taille et pas plus. Ainsi, il existe un besoin urgent de compléter la technologie Si CMOS avec de nouveaux matériaux, et pour répondre aux futurs besoins informatiques ainsi qu'aux besoins de diversification des applications.

Maintenant, le graphène et les matériaux bidimensionnels (2D) associés offrent des perspectives d'avancées sans précédent dans les performances des appareils à la limite atomique. Leur potentiel étonnant s'est avéré être une solution possible pour surmonter les limitations de la technologie du silicium, où la combinaison de matériaux 2-D avec des puces de silicium promet de dépasser les limites technologiques actuelles.

Dans un nouvel article de revue dans La nature , une équipe de chercheurs internationaux comprenant les chercheurs ICFO Dr. Stijn Goossens et ICREA Prof à ICFO Frank Koppens, et les leaders industriels d'IMEC et de TSMC se sont réunis pour fournir un examen approfondi et approfondi des opportunités, progrès et défis de l'intégration de matériaux atomiquement minces avec la technologie à base de silicium. Ils fournissent des informations sur comment et pourquoi les matériaux 2D (2DM) peuvent surmonter les défis actuels posés par la technologie existante et comment ils peuvent améliorer à la fois la fonction et les performances des composants de l'appareil, pour booster les fonctionnalités des futures technologies, dans les domaines des applications informatiques et non informatiques.

Pour les applications non informatiques, ils examinent l'intégration possible de ces matériaux pour les futures caméras, communications de données optiques à faible puissance et capteurs de gaz et bio. En particulier, capteurs d'images et photodétecteurs, sont des domaines où le graphène et les 2DM pourraient permettre une nouvelle vision dans le domaine infrarouge et térahertz en plus du domaine visible du spectre. Ceux-ci peuvent servir, par exemple, dans les véhicules autonomes, sécurité dans les aéroports et réalité augmentée.

Pour les systèmes de calcul, et notamment dans le domaine des transistors, ils montrent comment des défis tels que le dopage, la résistance de contact et les diélectriques/encapsulation peuvent être diminués lors de l'intégration de 2DM avec la technologie Si. Les 2DM pourraient également améliorer radicalement les dispositifs de mémoire et de stockage de données avec de nouveaux mécanismes de commutation pour les structures méta;-isolant-métal, éviter les courants sournois dans les matrices mémoire, ou même pousser les gains de performances des circuits à base de fil de cuivre en faisant adhérer le graphène aux matériaux de barrière de cuivre ultrafins et ainsi réduire la résistance, diffusion et auto-échauffement.

L'examen fournit un aperçu à toutes les parties prenantes sur les défis et l'impact de la résolution de l'intégration matérielle 2-D avec la technologie CMOS. Il fournit une feuille de route de l'intégration 2D et de la technologie CMOS, identifier le stade auquel tous les défis en matière de croissance, transfert, interface, se doper, contacter, et la conception sont actuellement en place aujourd'hui et quels processus possibles devraient être résolus pour atteindre ces objectifs de passer d'un environnement de laboratoire de recherche à une ligne pilote pour la production des premiers appareils qui combinent les deux technologies.

La première feuille de route matériau-CMOS 2D, tel que présenté dans cette revue, donne un aperçu passionnant de l'avenir, avec la première production pilote attendue dans quelques années à peine.