Des chercheurs du Cornell College of Engineering ont pu utiliser un four à micro-ondes conventionnel légèrement modifié pour montrer la possibilité de créer des matériaux semi-conducteurs pour la production d’une nouvelle génération de puces. L’expérience a été réalisée sur un four à micro-ondes domestique conventionnel commandé par TSMC. À l’avenir, ce fabricant de puces taïwanais pourrait mettre en œuvre la technologie de processus proposée dans la production de puces de 2 nm.

Source de l'image : Ryan Young/Université Cornell

Source de l’image : Ryan Young/Université Cornell

Pour préparer les matériaux semi-conducteurs à la production, à mesure que l’échelle des normes technologiques diminue, un dopage de plus en plus fort du silicium cristallin est nécessaire. Mais le silicium n’est pas du caoutchouc et, à mesure qu’il est saturé d’additifs tiers, la structure cristalline est déformée au point de se détruire. Dans ce cas, le processus d’alliage s’accompagne d’un recuit – chauffage des mélanges à très haute température, de sorte que la substance ajoutée, en particulier le phosphore, soit uniformément répartie sur le silicium.

A partir d’un certain point, il n’est plus possible de placer encore plus de phosphore dans le silicium de la manière habituelle, ce qui est nécessaire pour augmenter la conductivité électronique à plus petite échelle. Le chauffage conventionnel ne permet pas de créer des mélanges homogènes, et il est impossible de parler de stabilité de tels semi-conducteurs.

« Nous avons besoin de concentrations de phosphore qui dépassent sa solubilité à l’équilibre dans le silicium. C’est contre nature », a déclaré l’un des auteurs de l’étude. « Le cristal de silicium se dilate, provoquant d’énormes déformations et le rendant potentiellement inutile pour l’électronique. »

À un moment donné, TSMC a suggéré que les micro-ondes pourraient être utilisées pour activer les éléments d’alliage en excès, mais, comme pour les fours à micro-ondes domestiques qui chauffent parfois les aliments de manière inégale, les fours à micro-ondes de recuit précédents créaient des «ondes stationnaires» qui interféraient avec l’activation cohérente des éléments d’alliage. Ainsi, TSMC, en collaboration avec des scientifiques du Cornell College of Engineering, a modifié le four à micro-ondes pour contrôler sélectivement l’origine des ondes stationnaires. Cette précision permet d’activer correctement les éléments d’alliage sans surchauffer ni endommager le cristal de silicium.

La découverte faite peut être utilisée pour la production de matériaux semi-conducteurs et d’électronique d’ici 2025 environ, selon les développeurs, qui ont également déposé deux brevets pour l’invention.

« Actuellement, plusieurs fabricants produisent des matériaux semi-conducteurs d’une taille de 3 nanomètres », précisent les auteurs. « Cette nouvelle approche micro-ondes a le potentiel de permettre aux principaux fabricants tels que TSMC et Samsung de passer à 2 nm. »

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