Vers de nouveaux semi-conducteurs à faible consommation d’énergie

L’innovation dans le domaine des microélectroniques est au cœur des préoccupations scientifiques actuelles, visant à développer des dispositifs toujours plus performants tout en réduisant leur consommation énergétique.

Les microélectroniques, ces composants minuscules qui alimentent nos appareils électroniques, sont confrontés à un défi majeur : leur tendance à surchauffer en raison de leur petite taille. Pour pallier ce problème, il est crucial qu’ils consomment moins d’électricité tout en maintenant une performance optimale.

Les chercheurs de l’Argonne National Laboratory, relevant du Département de l’Énergie des États-Unis, ont proposé une solution innovante à travers une technique nommée « redox gating ».

Le terme « redox » fait référence à une réaction chimique entraînant un transfert d’électrons. Dans les dispositifs microélectroniques, le contrôle du flux d’électrons est essentiel à leur fonctionnement. L’expérience menée par l’équipe d’Argonne a démontré la possibilité de réguler ce flux en appliquant une tension à travers un matériau, agissant comme une sorte de porte pour les électrons. Cette méthode permet de moduler le passage des électrons, transformant le dispositif en un transistor capable de passer d’un état plus conducteur à un état plus isolant, et ce, même à de faibles tensions.

« Cette nouvelle stratégie de redox gating nous permet de moduler le flux d’électrons de manière significative, même à basse tension, offrant ainsi une efficacité énergétique bien supérieure », explique Dillon Fong, scientifique des matériaux à Argonne et co-auteur de l’étude. Cette technique présente également l’avantage de minimiser les dommages au système, permettant une utilisation répétée sans dégradation notable des performances.

Wei Chen, également scientifique des matériaux à Argonne et co-auteur correspondant de l’étude, souligne l’intérêt particulier de cette innovation pour le développement de circuits imitant l’efficacité énergétique du cerveau humain. De plus, cette découverte pourrait favoriser la création de nouveaux matériaux quantiques, manipulables à faible puissance.

Le « redox gating » représente une avancée significative dans la quête de dispositifs microélectroniques plus efficaces et moins énergivores. Cette technique promet non seulement d’améliorer la performance des semi-conducteurs actuels mais ouvre également la voie à l’exploration de nouvelles propriétés quantiques, marquant ainsi un pas de plus vers l’innovation durable dans le domaine de la microélectronique.

Article : « Redox Gating for Colossal Carrier Modulation and Unique Phase Control » – DOI: 10.1002/adma.202308871

Légende illustration : Illustration du redox gating pour la manipulation des porteurs et le contrôle de l’état électronique par le champ électrique. Les fils verts représentent des molécules fonctionnelles pour le gating redox, et la capacité de fonctionner à faible puissance imite la commutation synaptique dans le cerveau humain, représentée par la synapse sous-jacente. (Image du laboratoire national d’Argonne.)