Connect Four : un nouveau semi-conducteur pour les futures puces informatiques
Pendant longtemps, la fabrication d'un tel matériau a été considérée comme pratiquement impossible
Des chercheurs du Forschungszentrum Jülich et de l'Institut Leibniz pour la microélectronique innovante (IHP) ont mis au point un matériau qui n'avait jamais existé auparavant : un alliage stable de carbone, de silicium, de germanium et d'étain. Le nouveau composé, abrégé en CSiGeSn, ouvre des perspectives passionnantes pour des applications à l'interface de l'électronique, de la photonique et de la technologie quantique.
La particularité de ce matériau est que les quatre éléments, comme le silicium, appartiennent au groupe IV du tableau périodique. Cela garantit la compatibilité avec la méthode de fabrication standard utilisée dans l'industrie des puces - le processus CMOS - un avantage crucial.
"En combinant ces quatre éléments, nous avons atteint un objectif de longue date : le semi-conducteur ultime du groupe IV", explique le Dr Dan Buca du Forschungszentrum Jülich.
Le nouvel alliage permet d'affiner les propriétés du matériau à un degré tel qu'il est possible d'obtenir des composants dépassant les capacités du silicium pur - par exemple, des composants optiques ou des circuits quantiques. Ces structures peuvent être intégrées directement sur la puce pendant la fabrication. La chimie fixe ici des limites claires : seuls les éléments du même groupe que le silicium s'intègrent parfaitement dans le réseau cristallin de la plaquette de silicium. Les éléments d'autres groupes perturbent la structure sensible. Le processus sous-jacent s'appelle l'épitaxie, un processus clé de la technologie des semi-conducteurs dans lequel de fines couches sont déposées sur un substrat avec une précision atomique.
Quand l'optique rencontre l'électronique
L'équipe de Dan Buca et plusieurs groupes de recherche avaient déjà réussi à combiner le silicium, le germanium et l'étain pour développer des transistors, des photodétecteurs, des lasers, des LED et des matériaux thermoélectriques. L'ajout de carbone permet désormais de contrôler encore mieux la bande interdite, le facteur clé qui détermine le comportement électronique et photonique.
"Un exemple est un laser qui fonctionne également à température ambiante. De nombreuses applications optiques du groupe du silicium n'en sont encore qu'à leurs balbutiements", explique Dan Buca. "Il existe également de nouvelles possibilités de développement de thermoélectriques appropriés pour convertir la chaleur en énergie électrique dans les vêtements et les puces électroniques.
Des éléments contrastés dans le réseau cristallin
Pendant longtemps, la fabrication d'un tel matériau a été considérée comme pratiquement impossible. Les atomes de carbone sont minuscules alors que les atomes d'étain sont grands, et leurs forces de liaison sont très différentes. Ce n'est qu'en adaptant précisément le processus de production qu'il a été possible de combiner ces contraires, grâce à un système industriel de dépôt en phase vapeur (CVD) d'AIXTRON AG. Aucun appareil spécial n'a été nécessaire, mais des équipements similaires à ceux déjà utilisés dans la fabrication des puces.
Le résultat : un matériau de haute qualité à la composition uniforme. Cela a également permis d'obtenir la première diode électroluminescente basée sur des structures dites à puits quantiques composées des quatre éléments - une étape importante vers de nouveaux composants optoélectroniques.
Giovanni Capellini de l'IHP, qui travaille avec Dan Buca depuis plus de dix ans pour explorer le potentiel d'application des nouveaux semi-conducteurs du groupe IV. Cela jette les bases de composants photoniques, thermoélectriques et quantiques évolutifs". Les résultats ont été publiés dans la revue Advanced Materials.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Omar Concepción, Ambrishkumar J. Devaiya, Marvin H. Zoellner, Markus A. Schubert, Florian Bärwolf, Lukas Seidel, Vincent Reboud, Andreas T. Tiedemann, Jin‐Hee Bae, Alexei Tchelnokov, Qing‐Tai Zhao, Christopher A. Broderick, Michael Oehme, Giovanni Capellini, Detlev Grützmacher, Dan Buca; "Adaptive Epitaxy of C‐Si‐Ge‐Sn: Customizable Bulk and Quantum Structures"; Advanced Materials, 2025-6-11
Autres actualités du département science
