un nouveau type de semi-conducteur

Il graphène cela pourrait marquer une véritable révolution dans le monde de l’électronique. On assistera ainsi au déclin du silicium dans la création de micropuces, le graphène réservant des innovations vraiment intéressantes.

Pourquoi le graphène

L’importance de cette recherche selon les chercheurs réside dans la gestion différente des électrons entre les puces de silicium habituelles et celles en graphène, que nous verrons dans les années à venir. Dans un avenir proche, les ordinateurs pourront être beaucoup plus rapides et consommer moins d’électricité.

De plus, le graphène offre également de nouvelles applications qui permettent également d’utiliser les propriétés ondulatoires des électrons, fondamentales pour le développement des ordinateurs quantiques.

Recherche

L’idée est née lorsque De Heer et son équipe ont découvert comment cultiver du graphène sur des tranches de carbure de silicium à l’aide de fours spéciaux. Ils ont ensuite produit du graphène épitaxial, qui est une couche unique qui se développe sur une face cristalline de carbure de silicium. Lorsque le graphène s’est lié chimiquement au carbure de silicium et a commencé à présenter des propriétés semi-conductrices.

Il a été étudié par une équipe de recherche sino-américaine, dirigée par Georgia Tech, où le matériau a été perfectionné, en collaboration avec des collègues du Centre international des nanoparticules et des nanosystèmes de l’Université de Tianjin en Chine. Les scientifiques ont découvert que le graphène, contrairement au silicium, n’est pas un semi-conducteur mais commence à se comporter comme tel s’il est fixé en cinq couches superposées.

Les résultats ont été publiés dans le Nature Science Journal le 3 janvier 2024, mais cette étude avait déjà été réalisée des années plus tôt. Infatti De Heer ha iniziato a esplorare materiali a base di carbonio come potenziali semiconduttori all’inizio della sua carriera, per poi passare al grafene 2D nel 2001. Successivamente, nel 2014, ha fondato un centro con Lei Ma, direttore del centro e coautore dell ‘article.

Caractéristiques chimiques du graphène

L’élément dans sa forme naturelle est un semi-métal, c’est-à-dire ni un semi-conducteur ni un métal. Le principe de fonctionnement des transistors en silicium et des composants électroniques repose sur une bande interdite, c’est-à-dire un matériau qui peut être activé et désactivé lorsqu’un champ électrique lui est appliqué. La principale question dans la recherche sur l’électronique du graphène était de savoir comment l’allumer et l’éteindre pour qu’il puisse fonctionner comme le silicium.

Pour fabriquer un transistor fonctionnel, il est nécessaire de manipuler le matériau semi-conducteur. Cependant, cela peut endommager ses propriétés. L’équipe a donc placé des atomes sur le graphène qui « donnent » des électrons au système, appelés donneurs, pour voir si le matériau était un bon conducteur. L’expérience a montré que le matériau n’était pas endommagé et que ses propriétés n’étaient pas altérées.

Caractéristiques fonctionnelles

C’est une structure très fine, sachant que la molécule est constituée de couches d’un seul atome de carbone. Contrairement au silicium, qui offre tout de même une certaine résistance au passage des électrons, le graphène dans cette configuration apparaît plus « doux » au passage des électrons..

De cette manière, la surchauffe des puces est évitée et il est possible de miniaturiser encore plus les circuits, consommant ainsi moins d’électricité pour les faire fonctionner et aussi pour les refroidir. De plus, la capacité de calcul pourrait augmenter de façon exponentielle.

Perspectives d’avenir

Le graphène épitaxial pourrait conduire à un changement de paradigme dans le domaine de l’électronique, révolutionnant ce domaine avec des technologies complètement nouvelles exploitant ses propriétés uniques.. Il sera par exemple possible d’utiliser les propriétés ondulatoires de la mécanique quantique des électrons du matériau, condition nécessaire à l’informatique quantique.

Entre-temps, les chercheurs ont dû apprendre à traiter le matériau, à le rendre de mieux en mieux et enfin à mesurer ses propriétés. Cela a pris beaucoup de temps, mais cela a donné des résultats qui ont conduit à une véritable révolution technologique.