Une équipe de scientifiques des matériaux de l’Université Rice a développé une nouvelle façon de se développer Semi-conducteurs ultra-récepteurs directement sur des composants électroniques.

La méthode, décrite dans une étude Publié dans ACS Applied Electronic Materials, pourrait aider à rationaliser l’intégration de matériaux bidimensionnels dans l’électronique de nouvelle génération, l’informatique neuromorphe et d’autres technologies exigeant des semi-conducteurs à grande vitesse ultrathin.

Les chercheurs ont utilisé le dépôt de vapeur chimique (CVD) pour cultiver le désélénide de tungstène, un semi-conducteur 2D, directement sur des électrodes en or à motifs. Ils ont ensuite démontré l’approche en construisant un transistor fonctionnel de preuve de concept. Contrairement aux techniques conventionnelles qui nécessitent le transfert de films 2D fragiles d’une surface à une autre, la méthode de l’équipe de riz élimine complètement le processus de transfert.

« Il s’agit de la première démonstration d’une méthode sans transfert pour développer des appareils 2D », a déclaré Sathvik Ajay Iyengar, doctorant chez Rice et premier auteur de l’étude avec le doctorant Rice Lucas Sassi. «Il s’agit d’une étape solide vers la réduction des températures de traitement et la réalisation d’un processus d’intégration de semi-conducteur 2D sans transfert possible.»

La découverte a commencé par une observation inattendue lors d’une expérience de routine.

« Nous avons reçu un échantillon d’un collaborateur qui avait des marqueurs d’or à modeler », a déclaré Sassi. «Pendant la croissance des MCV, le matériau 2D s’est formé de manière inattendue principalement sur la surface de l’or. Ce résultat surprenant a déclenché l’idée qu’en moquant délibérément les contacts métalliques, nous pourrions être en mesure de guider la croissance des semi-conducteurs 2D directement à travers eux.»

Les semi-conducteurs sont fondamentaux de l’informatique moderne, et alors que l’industrie se dirige vers des composants plus petits, plus rapides et plus efficaces, l’intégration de matériaux plus minces et plus minces intégrés comme le désélénide de tungstène est une priorité croissante.

La fabrication de dispositifs conventionnels nécessite de développer séparément le semi-conducteur 2D, généralement à des températures très élevées, puis de la transférer à l’aide d’une série d’étapes. Alors que les matériaux 2D promettent de surpasser le silicium dans certaines mesures, transformer leur promesse à l’échelle de laboratoire en applications pertinentes dans l’industrie s’est révélée difficile – en grande partie en raison de la fragilité des matériaux pendant le processus de transfert.

« Le processus de transfert peut dégrader le matériau et endommager ses performances », a déclaré Iyengar, qui fait partie de Pulickel Ajayan‘s groupe de recherche au riz.

L’équipe de riz a optimisé les matériaux précurseurs pour abaisser la température de synthèse du semi-conducteur 2D et a montré qu’il se développe de manière directionnelle contrôlée.

« Comprendre comment ces semi-conducteurs 2D interagissent avec les métaux, en particulier lorsqu’ils sont cultivés in situ, est vraiment précieux pour la fabrication et l’évolutivité des appareils futurs », a déclaré Ajayan, Benjamin M. et Mary Greenwood Anderson professeur d’ingénierie et professeur de science des matériaux et de nanoengineering.

En utilisant des outils avancés d’imagerie et d’analyse chimique, l’équipe a confirmé que la méthode préserve l’intégrité des contacts métalliques, qui sont vulnérables aux dommages à des températures élevées.

« Une grande partie de notre travail dans ce projet était axée sur la prouvance que le système de matériaux est toujours intact », a déclaré Iyengar. «Nous sommes bien équipés ici chez Rice pour étudier la chimie qui se déroule dans ce processus à un degré très fin. Voir ce qui se passe à l’interface entre ces matériaux était un grand motivateur pour la recherche.»

Le succès de la méthode réside dans la forte interaction entre le métal et le matériau 2D pendant la croissance, a noté Sassi.

« L’absence de méthodes fiables et sans transfert pour la culture de semi-conducteurs 2D a été un obstacle majeur à leur intégration dans l’électronique pratique », a-t-il déclaré. «Ce travail pourrait débloquer de nouvelles opportunités d’utiliser des matériaux atomiquement minces dans les transistors de nouvelle génération, les cellules solaires et autres technologies électroniques.»

En plus des défis avec le processus de fabrication, un autre obstacle clé dans la conception des semi-conducteurs 2D est la qualité des contacts électriques, ce qui implique non seulement des barrières à faible énergie, mais aussi des performances stables et durables, de l’évolutivité et de la compatibilité avec une large gamme de matériaux.

« Une approche de croissance in situ nous permet de combiner plusieurs stratégies pour obtenir une meilleure qualité de contact simultanément », a déclaré Anand Puthirath, un auteur de co-correspondant de l’étude et un ancien chercheur chez Rice.

Le projet a été déclenché par une question soulevée lors d’une initiative de recherche américaine en Inde: un processus de fabrication de semi-conducteurs pour les matériaux 2D pourrait-il être développé avec un budget limité?

«Cela a commencé à travers notre collaboration avec Partners in India», a déclaré Iyengar, qui est membre de la Japan Society for the Promotion of Science et récipiendaire inaugural de la quadruple bourse, un programme lancé par les gouvernements des États-Unis, de l’Inde, de l’Australie et du Japon pour soutenir les scientifiques des premiers carrière dans la façon dont la science, les politiques et la diplomatie se croisent sur la scène mondiale. «Cela a montré comment les partenariats internationaux peuvent aider à identifier les contraintes pratiques et à inspirer de nouvelles approches qui fonctionnent dans les environnements de recherche mondiaux.»

Avec quelques-uns de ses pairs dans la cohorte de quad bourse, Iyengar co-auteur un article Plaider pour «le besoin d’expertise à l’intersection des STEM et de la diplomatie».

«Un plus grand engagement entre les scientifiques et les décideurs politiques est essentiel pour garantir que les progrès scientifiques se traduisent en politiques exploitables qui profitent à la société dans son ensemble», a déclaré Iyengar. «La science des matériaux est l’un des domaines de la recherche où la collaboration internationale pourrait s’avérer inestimable, en particulier compte tenu des contraintes telles que l’offre limitée de minéraux critiques et de perturbations de la chaîne d’approvisionnement.»

Source: Université de riz