« Des propriétés exceptionnelles », des chercheurs créent le premier semi-conducteur fonctionnel à base de graphène

Jusqu’à présent, le silicium est le matériau semi-conducteur le plus utilisé pour fabriquer les puces présentes dans les appareils et équipements électroniques (processeurs d’ordinateurs, serveurs, appareils photos, téléphones mobiles, objets connectés, téléviseurs, etc.). Ce matériau atteint toutefois ses limites face à l’émergence des appareils électroniques de plus en plus petits et à une demande de performances toujours plus élevées en informatique. Il devient ainsi primordial de trouver des alternatives viables et efficaces au silicium. Plusieurs équipes de recherche y travaillent notamment. Récemment, une équipe de la Georgia Institute of Technology, dirigée par le physicien Walter de Heer a annoncé avoir réussi à développer un semi-conducteur fonctionnel en graphène dans la revue Nature. C’est une première mondiale. Nous vous invitons à découvrir ce matériau révolutionnaire à travers cet article.

Plus de deux décennies de recherche et de développement

Dès le début de sa carrière, le professeur Walter de Heer a étudié les matériaux à base de carbone comme semi-conducteurs potentiels. En 2001, il a eu l’idée d’explorer le graphène, qui pourrait être utilisé dans l’industrie électronique. Selon lui, ce matériau possède des propriétés exceptionnelles qui pourraient grandement améliorer l’efficacité des appareils électroniques. Il présenterait une grande robustesse et une capacité à supporter des courants électriques très importants sans s’échauffer ni se désagréger.

Plus tard, Walter de Heer et ses collègues sont parvenus à faire croître le graphène sur des plaquettes de carbure de silicium grâce à des fours spéciaux. Plus précisément, il s’agit du graphène épitaxial, une couche unique de ce matériau bidimensionnel se développant sur une face cristalline du carbure de silicium. L’équipe de recherche a observé que lorsque ce graphène épitaxial se liait chimiquement au carbure de silicium, des propriétés semi-conductrices commençaient à apparaître. À partir de 2010, les chercheurs ont poursuivi leurs travaux pour améliorer ce nouveau semi-conducteur à l’Institut de technologie de Géorgie, en collaboration avec des scientifiques de l’Université de Tianjin, en Chine. En 2014, Walter de Heer et Lei Ma ont fondé un centre dédié au développement de ce matériau révolutionnaire.

Les différents obstacles que les chercheurs ont surpassés

Le graphène est un semi-métal dénué de bande interdite. Ce qui signifie que, dans sa forme naturelle, il ne peut être ni activé ni désactivé lorsqu’un champ électrique y est appliqué. Selon cette équipe de recherche, ce problème lié à la bande interdite a été résolu, ce qui permet au nouveau semi-conducteur en graphène épitaxial de fonctionner comme du silicium. En outre, ce composant présenterait une résistance élevée permettant de conserver ses propriétés électroniques même après plusieurs manipulations. De plus, dans cette étude, les scientifiques ont ajouté des atomes sur le graphène, en vue de fournir des électrons au système. Ils ont procédé à cette technique de dopage pour déterminer si le matériau constitue un bon conducteur. Celle-ci aurait fonctionné sans détériorer le matériau ni influencer ses propriétés. Elle aurait aussi aidé à montrer que ce semi-conducteur affichait une mobilité dix fois plus élevée que celle du silicium. En effet, les déplacements des électrons s’effectuent avec une très faible résistance. En électronique, cela assure une vitesse de calcul plus rapide.

Le potentiel de ce semi-conducteur à base de graphène

Ce matériau constitue une alternative viable au silicium, car il est compatible avec les méthodes conventionnelles de traitement microélectronique, explique Walter de Heer. C’est le seul semi-conducteur bidimensionnel disposant de toutes les propriétés essentielles en nanoélectronique. Il pourrait apporter un changement important dans l’industrie électronique. Grâce à ses propriétés uniques, il pourrait ouvrir la voie au développement des technologies encore plus performantes. De plus, le graphène épitaxial pourrait être utilisé dans l’informatique quantique. Plus d’informations : doi.org. Que pensez-vous de cette découverte ? N’hésitez pas à partager votre avis, vos remarques ou nous signaler une erreur dans le texte, cliquez ici pour publier un commentaire .