2D fonctionnelle

La première micropuce entièrement intégrée et fonctionnelle au monde à base de matériaux bidimensionnels exotiques a été fabriqué chez KAUST. Cette percée démontre le potentiel des matériaux 2D pour étendre la fonctionnalité et les performances des technologies basées sur les micropuces.

Depuis la première fabrication de couches de graphite atomiquement minces, appelées graphène, en 2004, ces matériaux ont suscité un vif intérêt pour des applications avancées et nouvelles en raison de leurs propriétés physiques exotiques et prometteuses. Mais, malgré deux décennies de recherche, les microdispositifs fonctionnels basés sur ces matériaux 2D se sont révélés insaisissables en raison des défis liés à la fabrication et à la manipulation de films minces aussi fragiles.

Inspirée par les récentes réalisations du laboratoire de Lanza sur les films 2D fonctionnels, la collaboration dirigée par KAUST a maintenant produit et démontré un prototype de micropuce 2D.

"Notre motivation était d'augmenter le niveau de maturité technologique des dispositifs et circuits électroniques à base de matériaux 2D en utilisant des microcircuits CMOS à base de silicium conventionnels comme base et des techniques de fabrication de semi-conducteurs standard", explique Lanza. "Le défi, cependant, est que les matériaux synthétiques 2D peuvent contenir des défauts locaux tels que des impuretés atomiques qui peuvent entraîner la défaillance de petits appareils. De plus, il est très difficile d'intégrer le matériau 2D dans la micropuce sans l'endommager."

L'équipe de recherche a optimisé la conception de la puce pour faciliter sa fabrication et minimiser l'effet des défauts. Pour ce faire, ils ont fabriqué des transistors CMOS (complémentaires à semi-conducteurs à oxyde de métal) standard sur un côté de la puce et alimenté les interconnexions par le dessous, où le matériau 2D a pu être transféré de manière fiable dans de petites pastilles de moins de 0,25 micromètre de diamètre.

"Nous avons produit le matériau 2D - le nitrure de bore hexagonal, ou h-BN, sur une feuille de cuivre - et l'avons transféré sur la micropuce à l'aide d'un procédé humide à basse température, puis nous avons formé des électrodes par-dessus par évaporation sous vide et photolithographie conventionnelles, qui sont des procédés que nous avons en interne", explique Lanza. "De cette façon, nous avons produit un réseau 5 × 5 de cellules à un transistor / un memristor connectées dans une matrice crossbar."

Les propriétés exotiques du h-BN 2D, ici seulement 18 atomes ou 6 nanomètres d'épaisseur, en font un memristor idéal, un composant résistif dont la résistance peut être réglée par la tension appliquée. Dans cet agencement 5 × 5, chacune des pastilles de memristor à l'échelle microscopique est connectée à un seul transistor dédié. Cela fournit le contrôle de tension fin nécessaire pour faire fonctionner le memristor en tant que dispositif fonctionnel avec des performances et une fiabilité élevées sur des milliers de cycles, dans ce cas en tant qu'élément de réseau neuronal à faible puissance.

"Avec cette percée phare, nous discutons maintenant avec les principales sociétés de semi-conducteurs pour continuer à travailler dans cette direction", a déclaré Lanza. "Nous envisageons également d'installer notre propre système de traitement industriel à l'échelle de la plaquette pour les matériaux 2D à KAUST afin de faire progresser cette capacité."

- Ce communiqué de presse a été initialement publié sur le site Web de l'Université des sciences et technologies du roi Abdallah