Une équipe au Université du Michigan a maintenant réduit l’épaisseur des semi-conducteurs ferroélectriques à seulement 5 nm, soit environ 50 atomes, ce qui les rend adaptés pour relier les ordinateurs actuels aux futurs appareils.
En conséquence, il sera possible de combiner les technologies ferroélectriques avec les composants traditionnels des ordinateurs et des smartphones, améliorant l’intelligence artificielle et les capacités des capteurs.
Ils pourraient également rendre possibles les gadgets sans batterie, qui sont essentiels pour l’Internet des objets (IoT), qui, entre autres, permet les maisons intelligentes, détecte les problèmes avec les systèmes industriels et avertit les gens des dangers potentiels.
L’étude publiée dans Lettres de physique appliquée a été choisi comme choix de l’éditeur.
Cela permettra la réalisation de dispositifs entièrement intégrés ultra-efficaces et ultra-basse consommation avec des semi-conducteurs grand public. Cela sera très important pour les futurs appareils liés à l’IA et à l’IoT.
Zetian Mi, auteur co-correspondant de l’étude et professeur, génie électrique et informatique, Université du Michigan
Les semi-conducteurs ferroélectriques se distinguent des autres types car ils peuvent maintenir une polarisation électrique, qui est l’équivalent du magnétisme au niveau électrique. Ils peuvent cependant changer quelle extrémité est positive et laquelle est négative, contrairement à un aimant de réfrigérateur.
Cette capacité peut être utilisée dans une variété d’applications, y compris la récupération d’énergie et la détection de vibrations lumineuses et sonores.
Mi a ajouté: “Ces dispositifs ferroélectriques pourraient être auto-alimentés. Ils peuvent récolter l’énergie ambiante, ce qui est très excitant.”
De plus, ils fournissent une méthode distincte de traitement et de stockage des informations, à la fois classique et quantique. Par exemple, en informatique, les deux états de polarisation électrique peuvent représenter un et zéro. Cette méthode de calcul peut également imiter les connexions neuronales qui permettent au cerveau de traiter les informations et de stocker des souvenirs.
Ce type d’architecture, parfois appelé informatique neuromorphique, est excellent pour activer les algorithmes d’IA qui utilisent des réseaux de neurones pour analyser les données.
Les condensateurs de la RAM doivent être alimentés en permanence ; sinon, les données qu’ils contiennent seraient perdues. La polarisation électrique nécessite moins d’énergie pour retenir l’énergie et pourrait survivre à un SSD. Ce type de mémoire pourrait être emballé plus densément, augmentant la capacité, tout en étant plus résistant aux températures extrêmes, à une humidité élevée et aux radiations.
Dans un semi-conducteur construit en nitrure d’aluminium enrichi de scandium, un métal fréquemment utilisé pour renforcer l’aluminium dans les vélos de performance et les avions de chasse, l’équipe de Mi a déjà observé une activité ferroélectrique.
Cependant, ils devaient être capables de le produire en couches plus minces que 10 nm, ou autour de l’épaisseur de 100 atomes, pour l’utiliser dans les équipements informatiques modernes.
L’équipe a accompli cela en utilisant un processus connu sous le nom d’épitaxie par faisceau moléculaire, qui est la même méthode utilisée pour créer les cristaux semi-conducteurs qui alimentent les lasers des lecteurs de CD et de DVD. Ils ont réussi à créer un cristal de 5 nm d’épaisseur – la plus petite échelle jamais réalisée – dans un appareil aux caractéristiques steampunk bien définies.
Ils y sont parvenus en régulant soigneusement chaque couche d’atomes dans le semi-conducteur ferroélectrique et en réduisant les pertes d’atomes depuis la surface.
En réduisant l’épaisseur, nous avons montré qu’il existe une forte possibilité que nous puissions réduire la tension de fonctionnement. Cela signifie que nous pouvons réduire la taille des appareils et réduire la consommation d’énergie pendant le fonctionnement.
Ding Wang, premier auteur de l’étude et chercheur scientifique, génie électrique et informatique, Université du Michigan
De plus, en raison des propriétés optiques et acoustiques inhabituelles du matériau, la fabrication à l’échelle nanométrique pourrait ouvrir la voie à son utilisation dans les technologies quantiques en aidant les chercheurs à mieux comprendre les propriétés fondamentales du matériau et à déterminer les contraintes de ses performances à petites tailles.
Avec cette finesse, nous pouvons vraiment explorer les minuscules interactions physiques. Cela nous aidera à développer de futurs systèmes quantiques et dispositifs quantiques.
Ping Wang, chercheur scientifique, génie électrique et informatique, Université du Michigan
La Defense Advanced Research Projects Agency a financé l’étude.
Les études ont été menées au Michigan Center for Materials Characterization et à la Lurie Nanofabrication Facility.
Référence de la revue :
Wang, D., et coll. (2023) Épaisseur réduite à 5 nm de ScAlN ferroélectrique sur du molybdène compatible CMOS développé par épitaxie par jet moléculaire. Lettres de physique appliquée. doi:10.1063/5.0136265.
Source: http://umich.edu/
Publié le 7 février 2023 à 13:45
