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Matériaux 2D et transfert de couche mince : le CEA-Leti et Intel combinent leurs forces pour des transistors sous-nanométriques
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L’Institut Leti du CEA et Intel ont annoncé, fin juin 2023, leur collaboration visant à poursuivre la miniaturisation du transistor en deçà du nanomètre. Pour remplir cet objectif d’ici à 2030, les deux partenaires misent sur les dichalcognérures de métaux de transition, sous forme ultra-mince, et sur un procédé de report de couche mince pour fiabiliser leur production à grande échelle.
More Moore, ou encore plus de Moore, du nom de la célèbre loi qui décrit la montée en puissance de la micro-électronique depuis plus d’un demi-siècle. Voici résumée l’ambition du programme de recherche réunissant le CEA-Leti et Intel, dévoilé fin juin 2023. Les deux partenaires souhaitent développer, d’ici à 2030, une technologie qui permettra de poursuivre la miniaturisation des transistors en-dessous du nanomètre, conduisant à des puces toujours plus denses.
La future "recette" contient un ingrédient majeur, à savoir les matériaux 2D TMD (pour transition-metal dichalogenides, ou dichalcogénures de métaux de transition). Ces matériaux semi-conducteurs 2D ou bidimensionnels sont « envisagés depuis une bonne dizaine d’années pour continuer la loi de Moore », signale Vincent Barral, chargé d’affaires pour la microélectronique à l’Institut Leti du CEA. « Ils appartiennent à la même catégorie que le graphène », enchaîne-t-il. « Le qualificatif 2D vient du fait qu’ils sont très planaires et d’une épaisseur de quelques liaisons atomiques seulement ». D’un point de vue chimique, les 2D TMD associent un atome d’un métal de transition (molybdène, tungstène…) et deux atomes d’un chalcogène (le groupe de l’oxygène, dont le soufre, le sélénium…).
Les 2D-TMD possèdent deux propriétés particulièrement intéressantes pour constituer les canaux des futurs transistors, qui transportent les charges électriques. « Leur ultra-minceur va dans le sens de la miniaturisation exprimée par la loi de Moore », explique Vincent Barral. « D’autre part, leur mobilité intrinsèque est très bonne : les électrons et les trous circulent plus facilement dans ce type de matériau. C’est un critère essentiel : plus la mobilité est élevée, plus le courant débité par le transistor est fort, meilleures sont les performances ». Ces matériaux sont appelés à remplacer, à terme, les constituants actuels des transistors à effet de champ, le silicium et le silicium/germanium, qui seront encore employés pour la prochaine étape technologique à 2 nanomètres, prévue en 2025.
Il reste à massifier et à fiabiliser la fabrication des 2D TMD, l’un des grands enjeux de la collaboration entre le CEA-Leti et Intel. « L’objectif est de faire croître le matériau 2D sur un wafer temporaire, puis de transférer cette couche ultra-mince sur le wafer final où seront gravés les circuits électroniques », esquisse Vincent Barral, qui ne souhaite pas approfondir par souci de confidentialité. L’institut de recherche français se focalisera sur ces mécanismes de transfert – le tour de main de la recette – et s’attachera à prouver le concept dans ce programme.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
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