Des scientifiques de l’Université de Warwick et du Conseil national de recherches du Canada ont réalisé et mesuré la plus haute « mobilité des trous » jamais enregistrée dans un matériau compatible avec le silicium.
La plupart des semi-conducteurs modernes sont fabriqués à partir de ou sur du silicium (Si), mais à mesure que les dispositifs deviennent plus petits et plus denses, ils dissipent plus de puissance et atteignent par conséquent leurs limites physiques. Le germanium (Ge), autrefois utilisé dans les premiers transistors des années 1950, fait aujourd’hui son retour alors que les chercheurs trouvent de nouvelles façons d’exploiter ses propriétés supérieures tout en conservant les avantages des technologies de fabrication établies du silicium.
Dans une nouvelle étude, une équipe dirigée par le Dr Maksym Myronov de Warwick a franchi une étape majeure vers la prochaine génération d’électronique créant un matériau utilisant une épicouche de germanium sous contrainte de compression de l’ordre du nanomètre sur silicium, qui permet à la charge électrique de se déplacer plus rapidement que jamais auparavant dans un matériau compatible avec la fabrication moderne de puces.
Maksym Myronov, Professeur associé et chef du Groupe de recherche sur les semi-conducteurs, Département de physique, Université de Warwick, déclare : « Les semi-conducteurs traditionnels à haute mobilité comme l’arséniure de gallium (GaAs) sont très coûteux et impossibles à intégrer à la fabrication principale au silicium. Notre nouveau matériau quantique de germanium sous contrainte de compression sur silicium (cs-GoS) combine une mobilité de classe mondiale avec une évolutivité industrielle, une étape clé vers les circuits intégrés à grande échelle quantiques et classiques pratiques. »
La percée a été réalisée en concevant soigneusement une fine couche de germanium sur une plaquette de silicium. En appliquant juste la bonne quantité de contrainte à la couche de germanium, ils ont créé une structure cristalline ultra-propre qui permet à la charge électrique de circuler presque sans résistance.
Lors de l’évaluation, le matériau a démontré une mobilité des trous record de 7,15 millions de cm² par volt-seconde, ce qui signifie que la charge peut y circuler beaucoup plus facilement que dans le silicium. Cela pourrait permettre aux futures puces de fonctionner plus rapidement et de dissiper moins d’énergie.
Le Dr Sergei Studenikin, Agent de recherche principal, Conseil national de recherches du Canada, ajoute : « Cela établit une nouvelle référence pour le transport de charge dans les semi-conducteurs du groupe-IV – les matériaux au cœur de l’industrie électronique mondiale. Cela ouvre la porte à une électronique plus rapide et plus économe en énergie ainsi qu’à des dispositifs quantiques entièrement compatibles avec la technologie silicium existante. »
La recherche établit une nouvelle voie pour une électronique ultra-rapide et à faible consommation, avec des applications potentielles couvrant le traitement de l’information quantique, les qubits de spin, les contrôleurs cryogéniques pour processeurs quantiques, l’IA et le matériel de centre de données avec des besoins réduits en énergie et en refroidissement.
Cette avancée marque également une étape majeure pour le Groupe de recherche sur les semi-conducteurs de Warwick, renforçant le leadership du Royaume-Uni en science des matériaux semi-conducteurs.
Article : Hole mobility in compressively strained germanium on silicon exceeds 7 × 106 cm2V-1s−1 – Journal : Materials Today – Méthode : Experimental study – Sujet : Not applicable – DOI : Lien vers l’étude
Source : Warwick U.
