Une nouvelle technologie pour assembler l’électronique à l’échelle nanométrique
Imaginez un monde où les puces électroniques les plus sophistiquées peuvent être fabriquées en un clin d'œil, à moindre coût et avec une fiabilité inégalée. C'est la promesse d'une découverte révolutionnaire réalisée par une équipe de chercheurs de la North Carolina State University. Leur secret ? Un procédé d'auto-assemblage dirigé qui permet aux composants nanométriques de se mettre en place d'eux-mêmes pour former des structures électroniques complexes.
Le pouvoir de l'auto-organisation moléculaire
Au cœur de cette prouesse se trouve un alliage liquide d'indium, de bismuth et d'étain appelé metal de Field. Placé à côté d'un moule, ce métal se recouvre d'une fine couche d'oxyde au contact de l'air. C'est alors qu'entre en scène une solution contenant des ligands chargés négativement, dont le rôle est d'arracher les atomes métalliques un par un pour former des ions chargés positivement.
Tels des aimants microscopiques, ces ions métalliques s'attirent mutuellement et suivent le flux de la solution à travers les canaux du moule. Ils s'alignent ainsi en structures ordonnées pour former des fils conducteurs et d'autres composants de base. Comme l'explique le Pr Martin Thuo, auteur principal de l'étude :
Sans le moule, ces structures peuvent former des motifs quelque peu chaotiques. Mais parce que la solution est contrainte par le moule, les structures se forment en réseaux symétriques et prévisibles.
Martin Thuo, professeur de science des matériaux à NC State
Du nano-assemblage aux puces fonctionnelles
Une fois les composants en place, un chauffage à 600°C pendant une heure déclenche une série de réactions en chaîne. Les ligands se désintègrent, libérant atomes de carbone et d'oxygène. Ces derniers se lient immédiatement aux ions métalliques pour former des oxydes semi-conducteurs qui fusionnent entre eux. Pendant ce temps, le carbone s'organise en feuilles de graphène qui enveloppent les fils pour améliorer leur conductivité et les protéger de l'oxydation.
Les chercheurs ont ainsi pu fabriquer des fils de 44 à 1000 nanomètres de large, ainsi que des composants essentiels comme des diodes et des transistors. Mieux encore, les propriétés de ces structures peuvent être finement ajustées en fonction :
- De la forme des moules utilisés
- Du degré d'organisation du graphène
- De la composition exacte du metal de Field
Comme le souligne Julia Chang, chercheuse postdoctorale associée au projet, ce procédé ouvre la voie à la production à grande échelle de matériaux électroniques hautement structurés et optimisables.
Vers une révolution de la micro-électronique ?
Si les techniques de fabrication actuelles des puces sont extrêmement complexes, coûteuses et sources de nombreux défauts, l'auto-assemblage dirigé se présente comme une alternative bien plus rapide, abordable et fiable. De quoi bouleverser l'industrie de la micro-électronique ?
Pas si vite, tempèrent les chercheurs. Avec des fils de 44 nm au minimum, le procédé reste encore loin des prouesses des fondeurs comme TSMC, capables de graver des motifs de seulement 3 nm, soit 15 atomes de silicium de large ! Néanmoins, de nombreuses puces utiles peuvent se contenter de tailles de gravure supérieures, et le faible coût de l'auto-assemblage dirigé pourrait largement compenser ce handicap.
De plus, rien n'indique que la miniaturisation soit hors de portée de cette technique. Les chercheurs sont convaincus de son énorme potentiel pour la production à grande échelle de matériaux semi-conducteurs complexes. Alors, auto-assemblage dirigé rimera-t-il demain avec puces révolutionnaires ? L'avenir nous le dira, mais une chose est sûre : la course à l'innovation nano-électronique est plus ouverte que jamais.
