Des physiciens de l’Université d’État du Michigan (MSU) ont mis au point une nouvelle méthode d’analyse des semi-conducteurs à l’échelle atomique. Cette approche combine la microscopie à haute résolution avec des lasers ultrarapides pour détecter les « défauts » des semi-conducteurs comme jamais auparavant.
Dirigée par Tyler Cocker, titulaire de la chaire Jerry Cowen en physique expérimentale à la MSU, cette recherche vise à surmonter un défi de longue date. Le besoin d’outils capables d’examiner les matériaux qui composent les appareils est devenu crucial à mesure que les appareils deviennent plus petits et plus puissants.
« Cela est particulièrement pertinent pour les composants dotés de structures nanométriques », a expliqué Cocker. L’importance de cette technique s’étend aux développements de pointe dans la technologie des semi-conducteurs, notamment les puces informatiques dotées de caractéristiques nanométriques et les matériaux conçus pour n’avoir qu’un seul atome d’épaisseur.
À la recherche des « nids-de-poule » atomiques
La nouvelle méthode détecte les atomes de silicium ajoutés intentionnellement à l’arséniure de gallium, un élément essentiel des systèmes radar, des cellules solaires à haut rendement et des appareils de télécommunication modernes. Ces « défauts » de silicium jouent un rôle essentiel dans le réglage du mouvement des électrons à travers le semi-conducteur.
Bien que les physiciens théoriciens étudient ce type de défaut depuis des décennies, la détection expérimentale d’atomes individuels est restée jusqu’à présent difficile. « L’atome de silicium ressemble à un trou profond pour les électrons », explique Cocker.
L’équipe de la MSU a utilisé un microscope à effet tunnel (STM) en conjonction avec des impulsions laser à des fréquences térahertz. Ces impulsions « bougent de haut en bas » un trillion de fois par seconde, ce qui donne lieu à une combinaison qui crée une sonde sensible aux défauts.
Lorsque la pointe du STM rencontre un défaut de silicium sur la surface de l’arséniure de gallium, elle produit un signal intense et distinct dans les données de mesure. Le déplacement de la pointe d’un seul atome entraîne la disparition du signal.
« Il s’agissait de ce défaut que les gens recherchaient depuis plus de quarante ans, et nous pouvions le voir résonner comme une cloche », a déclaré Cocker, soulignant l’importance de leurs observations.
Conséquences pour l’avenir
La compréhension et le contrôle des défauts à l’échelle atomique deviennent importants pour les performances et la stabilité à mesure que les dispositifs semi-conducteurs continuent de rétrécir.
L’équipe de Cocker applique déjà sa méthode à l’examen de matériaux atomiquement fins comme les nanorubans de graphène. « Nous avons un certain nombre de projets ouverts dans lesquels nous utilisons cette technique avec davantage de matériaux et des matériaux plus exotiques », a-t-il déclaré.
« Nous l’intégrons essentiellement dans tout ce que nous faisons et l’utilisons comme une technique standard. »
L’approche est relativement simple et polyvalente, ce qui en fait un outil intéressant pour les chercheurs du monde entier. De plus, d’autres groupes combinant les STM et la lumière térahertz de diverses manières augmentent considérablement le potentiel de découvertes supplémentaires dans toute une gamme de matériaux.
« Lorsque vous découvrez quelque chose comme cela, c’est vraiment utile lorsqu’il existe déjà des décennies de recherche théorique qui le caractérisent en profondeur », noté Vedran Jelic, premier auteur de l’étude.
Cette recherche a été soutenue par l’Office of Naval Research, l’Army Research Office et l’Air Force Office of Scientific Research. Alors que l’industrie électronique s’oriente vers des appareils toujours plus petits et plus efficaces, des techniques comme celle-ci joueront un rôle crucial dans l’avenir de la technologie des semi-conducteurs.
Les résultats de l’équipe ont été publiés dans la revue Photonique de la nature.
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À PROPOS DE L’ÉDITEUR
Amal Jos Chacko Amal écrit du code au cours d’une journée de travail normale et rêve de prendre des photos de bâtiments sympas et de lire un livre au coin du feu. Il aime tout ce qui touche à la technologie, l’électronique grand public, la photographie, les voitures, les échecs, le football et la F1.
2024-07-06 20:50:00
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