Des chercheurs de l’EPFL ont eu l’idée de combiner les avantages de ces deux matériaux aux propriétés électroniques particulièrement prometteuses. Ils ont pu réaliser un prototype de mémoire flash qui offre un grand potentiel en terme d’efficacité, de miniaturisation, de souplesse mécanique et de moindre consommation.
Après la puce, voici la mémoire flash en molybdénite. C’est une avancée importante dans l’utilisation de ce nouveau matériau dans le domaine électronique. D’autant plus que pour la réaliser, les chercheurs du Laboratoire d’électronique et structures à l’échelle nanométrique de l’EPFL (LANES) ont imaginé une solution originale: ils ont combiné les avantages de ce semi-conducteur avec ceux du graphène. Les résultats de leur recherche viennent de paraître dans la revue ACS Nano.
Il y a deux ans, l’équipe du LANES avait révélé les propriétés électroniques particulièrement intéressantes de la molybdénite, ou MoS2, un minéral se trouvant en grande quantité à l’état naturel. Quelques mois plus tard, elle démontrait la possibilité d’en faire une puce efficace. Aujourd’hui, elle franchit un pas de plus en développant un prototype de mémoire flash, c’est-à-dire une cellule capable non seulement de stocker des données mais aussi de les conserver intactes lorsque l’alimentation électrique est coupée. Un type de mémoire qui est déjà très courant dans les appareils photo numériques, téléphones et ordinateurs portables, imprimantes, clés USB.
Une «bande d’énergie» idéale
« Pour notre modèle de mémoire, nous avons combiné les propriétés électroniques uniques de MoS2 avec la grande conductivité du graphène», explique Andras Kis, auteur de l’étude et directeur du LANES. La molybdénite et le graphène ont de nombreux points communs. Tous deux sont pressentis pour dépasser les limites physiques du silicium de nos actuels transistors et puces électroniques. Leur structure chimique bi-dimentionnelle – c’est-à-dire composée de couches d’un seul atome – leur confère un grand potentiel en matière de miniaturisation et de souplesse mécanique.
Toutefois, si le graphène est un meilleur conducteur, la molybdénite est plus intéressante en tant que semi-conducteur. Contrairement au graphène qui en est dépourvue, MoS2 est dotée, au niveau de sa structure électronique, d’une «bande d’énergie» idéale, permettant de passer très facilement d’un état «on» à «off», et ainsi de consommer moins d’électricité. Les deux matériaux se complètent donc à merveille…
Comme un sandwich
Le prototype de transistor du LANES a été conçu selon la géométrie «à effet de champ», un peu sur le modèle d’un sandwich. Au milieu, à la place du traditionnel silicium, une fine couche de MoS2 canalise les électrons. Au-dessous, les électrodes, qui amènent l’électricité vers cette couche de MoS2, sont en graphène. En-dessus, les chercheurs ont également intégré un élément composé de plusieurs couches de graphène, qui capture les charges d’électricité et sert ainsi à stocker de la mémoire.
«Le mariage de ces deux matériaux permet d’envisager d’importantes avancées en matière de miniaturisation, et également l’utilisation de ces transistors pour la fabrication d’appareils nanoélectroniques flexibles», décrit Andras Kis. Le prototype stocke un bit de mémoire, tout comme dans une cellule traditionnelle. Mais selon le chercheur, la molybdénite étant plus mince que le silicium et par conséquence plus sensible aux charges, elle laisse entrevoir un large potentiel en matière de d’efficacité de stockage.
Désolé, la Molybdénite n’est pas un minéral abondant sur Terre. Au contraire, c’est une rareté et la seule mine de taille existante, près de Denver, s’épuise rapidement. Les ressources connues ne sont pas à la taille des besoins pour aciers spéciaux, huiles de graissage, chimie, etc. Heureusement les quantités pour les Flash resteront microscopiques pondéralement et en cas de raréfaction supplémentaire ces flash seront toujours alimentées en Mo même à fort prix, ce que ne pourront pas soutenir les aciers.