Des puces informatiques plus rapides et plus efficaces grâce au germanium
La TU Wien (Vienne) a réussi à fabriquer un nouveau type de matériau utilisable pour la technologie des puces. Cela permet d'obtenir des ordinateurs plus rapides et plus efficaces et de nouveaux types de dispositifs quantiques.
Le chauffage contrôlé de la structure crée une interface propre, sans couche d'oxyde.
TU Wien
Notre technologie actuelle des puces est largement basée sur le silicium. Seule une petite quantité de germanium est ajoutée dans des composants très spéciaux. Mais il existe de bonnes raisons d'utiliser des teneurs en germanium plus élevées à l'avenir : Le semi-conducteur composé silicium-germanium présente des avantages décisifs par rapport à la technologie actuelle du silicium en termes d'efficacité énergétique et de fréquences d'horloge réalisables.
Le principal problème est d'établir des contacts fiables entre le métal et le semi-conducteur à l'échelle nanométrique. Cela est beaucoup plus difficile avec une forte proportion de germanium qu'avec du silicium. L'équipe de la TU Wien, en collaboration avec des équipes de recherche de Linz et de Thoune (Suisse), a toutefois démontré que ce problème pouvait être résolu - avec des contacts en aluminium cristallin de très haute qualité et un système sophistiqué de couches de silicium-germanium. Cela permet d'obtenir différentes propriétés de contact intéressantes, notamment pour les composants optoélectroniques et quantiques.
Le problème de l'oxygène
"Chaque couche de semi-conducteur est automatiquement contaminée dans les processus conventionnels, ce qui ne peut être évité au niveau atomique", explique Masiar Sistani, de l'Institut d'électronique solide de l'Université technique de Vienne. En premier lieu, ce sont les atomes d'oxygène qui s'accumulent très rapidement à la surface des matériaux - une couche d'oxyde se forme.
Avec le silicium, cependant, cela ne pose pas de problème : le silicium forme toujours exactement le même type d'oxyde. "Avec le germanium, en revanche, les choses sont beaucoup plus compliquées", explique Masiar Sistani. "Dans ce cas, il existe toute une série d'oxydes différents qui peuvent se former. Mais cela signifie que différents dispositifs nanoélectroniques peuvent avoir des compositions de surface très différentes et donc des propriétés électroniques différentes."
Si vous voulez maintenant connecter un contact métallique à ces composants, vous avez un problème : même si vous essayez très fort de produire tous ces composants exactement de la même manière, il y a toujours inévitablement des différences massives - et cela rend le matériau complexe à manipuler pour une utilisation dans l'industrie des semi-conducteurs.
"La reproductibilité est un gros problème", explique le professeur Walter Weber, directeur de l'Institut d'électronique à l'état solide de l'Université technique de Vienne. "Si vous utilisez du silicium-germanium riche en germanium, vous ne pouvez pas être sûr que le composant électronique, après avoir posé des contacts dessus, aura vraiment les caractéristiques dont vous avez besoin." Par conséquent, ce matériau n'est utilisé que de manière limitée dans la production de puces.
C'est dommage, car le silicium-germanium présenterait des avantages décisifs : "La concentration de porteurs de charge est plus élevée, en particulier les porteurs de charge positifs, les fameux "trous", peuvent se déplacer beaucoup plus efficacement dans ce matériau que dans le silicium. Ce matériau permettrait donc des fréquences d'horloge beaucoup plus élevées avec une efficacité énergétique accrue que nos puces actuelles en silicium", explique Lukas Wind, doctorant dans le groupe de recherche de Walter Weber.
L'interface "parfaite
Aujourd'hui, l'équipe de recherche a pu montrer comment le problème peut être résolu : Ils ont trouvé une méthode permettant de créer des interfaces parfaites entre les contacts en aluminium et les composants en silicium-germanium à l'échelle atomique. Dans un premier temps, un système de couches est produit avec une fine couche de silicium et le matériau réel dans lequel les composants électroniques doivent être fabriqués - le silicium-germanium.
En chauffant la structure de manière contrôlée, un contact peut alors être créé entre l'aluminium et le silicium : À environ 500 degrés Celsius, une diffusion distinctive se produit, les atomes peuvent quitter leur place et commencer à migrer. Les atomes de silicium et de germanium se déplacent relativement vite dans le contact d'aluminium, et l'aluminium remplit l'espace vacant.
"La dynamique de diffusion dans le système de couches utilisé crée ainsi une interface entre l'aluminium et le silicium-germanium avec une couche de silicium extrêmement fine entre les deux", explique Masiar Sistani. Grâce à ce processus de fabrication, les atomes d'oxygène n'ont jamais la possibilité d'atteindre cette interface atomiquement pointue et très pure.
"Nos expériences montrent que ces points de contact peuvent être produits de manière fiable et facilement reproductible", déclare Walter Weber. "Les systèmes technologiques dont vous avez besoin pour y parvenir sont déjà utilisés aujourd'hui dans l'industrie des puces. Il ne s'agit donc pas d'une simple expérience de laboratoire, mais d'un procédé qui pourrait être utilisé relativement rapidement dans l'industrie des puces.
L'avantage décisif du procédé de fabrication présenté est que des contacts de haute qualité peuvent être produits indépendamment de la composition silicium-germanium. "Nous sommes convaincus que les contacts métal-semiconducteur abrupts, robustes et fiables présentés sont très intéressants pour une variété de nouveaux dispositifs nanoélectroniques, optoélectroniques et quantiques", déclare Walter Weber.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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