La première puce électronique en molybdénite

Après avoir mis les vertus électroniques de la molybdénite en lumière, des chercheurs de l’EPFL font le pas décisif suivant.

Le Laboratoire d’électronique et structures à l’échelle nanométrique (LANES) a réussi à créer un circuit intégré avec des transistors composés de ce minéral. Un essai qui confirme que ce nouveau matériau peut dépasser les limites physiques du silicium en matière de miniaturisation, de consommation et de souplesse mécanique.

«Nous avons créé un premier prototype mettant deux à six transistors en série et démontré que des opérations de logique binaire basiques étaient possibles, ce qui prouve que nous pourrons réaliser des circuits plus importants», explique Andras Kis, responsable du LANES, qui a récemment publié deux articles sur le sujet dans le journal «ACS Nano».

Au début de l’année, ce laboratoire avait dévoilé le haut potentiel du sulfure de molybdène (MoS2), un minéral que l’on trouve en grande quantité à l’état naturel. Sa structure et ses propriétés de semi-conducteur en font un matériau idéal pour la réalisation de transistors. Il concurrence ainsi directement le silicium, composant le plus utilisé dans le domaine de l’électronique, et aussi en plusieurs points le graphène.

Trois atomes d’épaisseur

«Le principal avantage du MoS2 est qu’il permet de réduire la taille des transistors, et d’aller ainsi plus loin vers la miniaturisation», décrit Andras Kis. Avec le silicium, il n’a pas été possible, jusque là, de faire des couches plus fines que 2 nanomètres, au risque qu’elles subissent une réaction chimique qui en oxyde la surface et péjore ses propriétés électroniques. Pouvant être travaillée en couches d’une épaisseur de trois atomes seulement, la molybdénite permet de faire des puces au moins trois fois plus petites. A cette échelle, ce matériau reste très stable et la conduction est facile à contrôler.

Une consommation moins élevée

Les transistors en MoS2 sont également moins gourmands en énergie. «Ils peuvent être enclenchés et déclenchés beaucoup plus rapidement, et surtout plus complètement à l’état de veille», précise Andras Kis.

Sur le plan de l’amplification des signaux électroniques, la molybdénite rejoint le silicium, avec une amplitude du signal quatre fois plus forte à la sortie du circuit qu’à son entrée. Cela prouve qu’il existe «un potentiel important pour créer des circuits plus complexes, ajoute le chercheur. Avec le graphène, par exemple, cette amplitude est autour de 1. En dessous de ce seuil, la tension électrique a la sortie du circuit ne serait pas suffisante pour alimenter un deuxième circuit du même type.»

Vers des circuits flexibles

Enfin, la molybdénite affiche des propriétés mécaniques qui la rendent également intéressante dans le domaine de l’électronique flexible, pour la réalisation, à plus long terme, de feuilles souples de circuits intégrés. Celles-ci pourraient par exemple servir à fabriquer des ordinateurs enroulables ou des appareils pouvant s’appliquer sur la peau.

** EPFL – École Polytechnique Fédérale de Lausanne