Une équipe de chercheurs du Institut de technologie de Géorgie (ainsi qu’à Atlanta et Tianjin en Chine), dirigé par le professeur Walter de Heera créé le premier semi-conducteur fonctionnel fabriqué à partir de graphèneun matériau composé d’un couche unique d’atomes de carbonelongtemps étudiée pour ses propriétés caractéristiques – électrique, mécanique et autres – bien supérieur au silicium.
Ce qui a été réalisé pourrait potentiellement permettre semiconducteurs plus rapides que les actuels et capables de chauffer des moins. Un aspect intéressant que le graphène semi-conducteur compatible avec les techniques de production traditionnelles utilisées pour les semi-conducteurs en silicium.
L’étude, publiée dans Nature, explique comment les chercheurs ont réussi à surmonter le principal problème qui a jusqu’à présent entravé l’adoption du graphène dans l’électronique, à savoir l’absence de bande interditeune propriété électronique qui permet aux semi-conducteurs de s’allumer et de s’éteindre lorsqu’un champ électrique est appliqué (c’est ainsi que fonctionnent tous les transistors et les composants électroniques en silicium). En pratique, il s’agit de l’énergie minimale qui permet à un électron de passer de sa bande de valence à sa bande de conduction.
« Nous disposons désormais d’un semi-conducteur en graphène extrêmement robuste avec 10 fois la mobilité du silicium et qui possède également des propriétés uniques non disponibles dans le silicium.« , a déclaré M. de Heer, qui étudie le graphène bidimensionnel depuis 2001. Les électrons se déplacent donc avec une très faible résistance, ce qui, en électronique, se traduit par un traitement plus rapide et moins de chaleur.
Le tournant s’est produit lorsque M. de Heer et son équipe ont compris comment faire croître l’entreprise. graphène sur des plaquettes de carbure de silicium à l’aide de fours spéciaux.. Ils ont produit du graphène épitaxial, une couche unique se développant sur une face cristalline du carbure de silicium. L’équipe a constaté que, lorsqu’il est fabriqué correctement, le graphène épitaxial se liait chimiquement au carbure de silicium et commençait à présenter des propriétés semi-conductrices..
Le semi-conducteur bidimensionnel obtenu possède toutes les propriétés nécessaires pour être utilisé en nanoélectronique. « Un problème de longue date dans l’électronique au graphène est que le graphène n’a pas la bonne bande interdite et ne peut pas s’allumer et s’éteindre avec le bon rapport.« , ajoute Lei Ma, co-auteur de l’étude. « Au fil des ans, de nombreuses personnes ont tenté de résoudre ce problème à l’aide de diverses méthodes. Notre technologie atteint la bande interdite et constitue une étape cruciale dans la réalisation de l’électronique à base de graphène.« .
Le graphène épitaxié pourrait ainsi conduire à des un changement de paradigme dans l’électronique et de permettre des technologies entièrement nouvelles qui exploitent ses propriétés uniques. Le matériau permet notamment d’utiliser les propriétés d’ondes mécaniques quantiques des électrons, ce qui est indispensable pour l’informatique quantique.
Selon M. de Heer, le silicium est l’une des nombreuses étapes de l’histoire de l’électronique et la prochaine étape pourrait être le graphène. « Pour moi, cette un moment comme celui des frères Wright« , a déclaré le professeur. « Ils ont construit un avion qui pouvait voler à 300 pieds de haut. Mais les sceptiques se demandent pourquoi le monde aurait besoin d’un avion alors qu’il dispose déjà de trains et de bateaux rapides. Mais ils ont insisté, et ce fut le début d’une technologie capable de transporter des personnes à travers les océans.« .
Interrogé par New Scientist, David Carey, de l’université du Surrey au Royaume-Uni, a salué le travail de M. de Heer et de son équipe, mais a déclaré sceptique quant au fait que ce développement signifie que le monde passera bientôt des puces en silicium aux puces en graphène.
En effet, les nouvelles recherches nécessitent de nombreuses améliorations en termes de taille, de qualité et de techniques de production des transistors. l’avantage que possède le silicium, à savoir que c’est un matériau éprouvé qui a encore quelque chose à dire et à donner, même s’il approche de sa limite physique.
« La plupart des personnes qui travaillent avec le silicium sont bombardées quotidiennement par de nouveaux matériaux merveilleux qui sont sur le point de le remplacer, et il ne nous arrive jamais rien‘, a jugé Carey.
