Lorsque les voies par lesquelles l’électricité circule à l’intérieur d’un semi-conducteur sont bloquées, les performances du dispositif diminuent et les pertes de puissance augmentent. Une équipe de recherche coréenne a développé une nouvelle structure capable de résoudre ce « goulot d’étranglement électrique » et, pour la première fois, a directement confirmé que les charges électriques circulent en continu sans interruption. Cette avancée devrait devenir une technologie clé pour améliorer les performances et l’efficacité énergétique des futurs semi-conducteurs, notamment les semi-conducteurs pour l’IA et les semi-conducteurs ultra-basse consommation.
Le KAIST a annoncé le 13 juillet qu’une équipe de recherche dirigée par le professeur Seungbum Hong du Département de science et génie des matériaux, en collaboration avec le professeur Kibum Kang du Département de science et génie des matériaux du KAIST et l’équipe de recherche du professeur Sung Beom Cho de l’Université Sungkyunkwan, a réalisé une nouvelle structure dans laquelle l’électricité circule sans obstruction dans un matériau bidimensionnel — un matériau ultra-mince d’une épaisseur d’une ou deux couches atomiques — qui attire l’attention pour les dispositifs semi-conducteurs de nouvelle génération. L’équipe a également développé une plateforme analytique capable d’observer directement ce transport de charges à l’échelle nanométrique.
Dans les semi-conducteurs, la résistance de contact, qui apparaît à l’interface où une électrode métallique rencontre un semi-conducteur, dégrade les performances et entraîne des pertes de puissance. En particulier, à mesure que les semi-conducteurs continuent de réduire leur taille, l’influence de la résistance de contact devient encore plus grande, ce qui en fait l’un des goulots d’étranglement techniques les plus difficiles dans le développement des semi-conducteurs de nouvelle génération.
Au lieu de fixer une électrode métallique sur un semi-conducteur comme dans les approches conventionnelles, l’équipe de recherche a formé en continu des régions semi-métalliques et semi-conductrices au sein d’un seul matériau bidimensionnel. En créant une structure dans laquelle les deux régions sont naturellement connectées au sein du même matériau, l’équipe a démontré pour la première fois que le courant peut traverser la frontière sans être bloqué.
Plus précisément, l’équipe a mis en œuvre en continu une région semi-métallique et une région semi-conductrice au sein d’un seul film mince de diséléniure de platine (PtSe₂), un matériau bidimensionnel atomiquement mince. En réalisant une structure monolithique, dans laquelle un seul matériau est formé en continu sans interruption, l’équipe a proposé une nouvelle structure qui permet au courant de traverser la frontière sans obstruction.
À l’aide de la microscopie à force atomique (AFM), un microscope qui utilise une sonde pour mesurer les propriétés de surface et électriques jusqu’au niveau atomique, l’équipe a directement visualisé le transport de charges à l’intérieur du film mince à l’échelle nanométrique.
En conséquence, l’équipe a confirmé pour la première fois que, lorsque le courant passait de la région semi-métallique à la région semi-conductrice, le flux se poursuivait naturellement sans « goulot d’étranglement électrique », comme un blocage ou une déviation du trajet du courant. C’est la première démonstration expérimentale qu’une interface monolithique n’interfère pas avec le flux de courant.
De plus, l’équipe a vérifié le fonctionnement du dispositif en appliquant un champ électrique à la région semi-conductrice. Les résultats ont confirmé que le flux de courant peut être contrôlé de manière stable dans une structure de jonction métal–semi-conducteur, démontrant le potentiel de la structure pour les dispositifs électroniques de nouvelle génération.
Cette étude présente une technologie source qui peut réduire considérablement la résistance de contact dans les dispositifs semi-conducteurs de nouvelle génération basés sur des matériaux bidimensionnels. Elle devrait être largement applicable au développement des futures technologies de semi-conducteurs, notamment les semi-conducteurs pour l’IA, les semi-conducteurs ultra-basse consommation et les semi-conducteurs logiques de nouvelle génération.
Les premiers auteurs de l’étude sont Yeongyu Kim, doctorant, et Dr Minseung Gyeon du Département de science et génie des matériaux du KAIST, ainsi que Ji Hoon Hong, doctorant à l’Université Sungkyunkwan. Les travaux ont été publiés dans le numéro de juillet 2026 de Matter, une revue internationale dans le domaine de la science des matériaux.
Article : Nanoscale imaging of charge transport across the semimetal-semiconductor interface in monolithic platinum diselenide – Journal : Matter – Méthode : Observational study – DOI : Lien vers l’étude
Source : KAIST
