Diamant de labo : l’IA révolutionne la fabrication des semi-conducteurs

Emilie Lorditch

Le diamant est bien plus qu’une pierre précieuse ; c’est la substance naturelle la plus dure sur Terre, dotée de qualités exceptionnelles pour améliorer les semi-conducteurs — les matériaux utilisés dans l’électronique, les véhicules électriques et les technologies d’énergie renouvelable.

L’Université d’État du Michigan a obtenu une subvention de 3 millions de dollars de la National Science Foundation dans le cadre du programme Future Manufacturing de la NSF, en collaboration avec les équipes des centres Fraunhofer USA Midwest et Fraunhofer USA Mid-Atlantic. Les équipes utilisent l’intelligence artificielle pour produire des diamants de haute qualité en laboratoire, ce qui pourrait être la clé de l’avenir de la fabrication de semi-conducteurs et du développement des compétences de la main-d’œuvre aux États-Unis.

« C’est une formidable opportunité d’explorer comment l’IA peut améliorer les procédés de fabrication des semi-conducteurs et de développer des parcours pour que notre main-d’œuvre se tourne vers les carrières de l’Industrie 4.0, qui convergent les technologies numériques et physiques », a déclaré John Papapolymerou, doyen intérimaire du College of Engineering. « Avec l’aide de la NSF, nos chercheurs de classe mondiale à la MSU et les collaborateurs de Fraunhofer sont en position de contribuer significativement à l’avenir de la production de semi-conducteurs aux États-Unis. »

Mais produire des diamants de laboratoire de haute qualité est beaucoup plus difficile qu’il n’y paraît.

« Le diamant est un matériau vraiment spécial qui se forme uniquement dans des conditions très spécifiques », explique Rebecca Anthony , professeure associée au College of Engineering . « Un diamant de joaillerie est en réalité de qualité inférieure au type de diamant que nous cultivons pour la recherche. »

De nombreux matériaux semi-conducteurs sont cultivés en laboratoire en utilisant une fine couche d’un matériau qui sert de base pour en faire croître un autre, couche par couche, par-dessus. Mais le diamant pousse mieux sur lui-même. En utilisant un procédé appelé plasma micro-ondes, domaine de spécialité du Fraunhofer USA Center Midwest en partenariat avec la MSU, de nouvelles couches de diamant sont créées. À chaque couche cultivée, le matériau s’élargit et, ce faisant, des imperfections peuvent apparaître et affecter les propriétés du matériau.

« Ce qui est encore plus frustrant, c’est que ce processus de croissance complexe prend beaucoup de temps, ce qui signifie qu’une fois que nous sommes conscients de la présence d’un défaut, il est trop tard pour revenir en arrière et refaire le diamant », souligne Anthony. « C’est le grand défi : produire un matériau diamant de haute qualité avec le moins de défauts possible en comprenant comment ils se forment en premier lieu . »

Pour ce faire, Anthony et son équipe utilisent des images provenant d’un appareil photo reflex numérique, d’une caméra d’imagerie hyperspectrale et d’une caméra infrarouge frontale. Les images de ces caméras sont analysées par IA par l’équipe du Fraunhofer USA Center Mid-Atlantic dans le Maryland pour aider l’équipe de la MSU à examiner la croissance du matériau diamant couche par couche afin d’identifier si et où des défauts apparaissent.

« En utilisant ces informations, nous pouvons essayer de prédire où et quand les défauts se forment afin que nous puissions ajuster le processus pendant la croissance et empêcher ces imperfections de se former », explique Anthony. « À l’avenir, nous aimerions que cela devienne plus automatisé car l’IA peut définir et ajuster les paramètres pour cultiver le matériau diamant que nous voulons. »

Cette subvention vise également à aider à former les experts en semi-conducteurs de demain et à augmenter le nombre de personnes dans le pipeline de talents. La subvention soutiendra des opportunités de camp d’été pour les élèves de la maternelle à la terminale, la formation des étudiants du Washtenaw Community College à Ann Arbor, la sensibilisation des adultes déjà actifs qui explorent de nouvelles opportunités de carrière et l’éducation des étudiants de premier cycle et des cycles supérieurs à la MSU.

Ce projet est également en partenariat avec Automation Alley, une association professionnelle technologique à but non lucratif qui accélère la croissance et la compétitivité mondiale des entreprises grâce aux technologies de l’Industrie 4.0 et à l’innovation, c’est-à-dire des technologies qui représentent la transformation numérique de la fabrication et de la production grâce à des capacités intelligentes ou basées sur l’IA.

« Nous devons améliorer les matériaux semi-conducteurs et la future main-d’œuvre dès maintenant », affirme Anthony. « Plus tôt nous mettrons en place ces technologies et opportunités, mieux ce sera. »

Source : MSU