IBM voit au-delà du 7 nm et mise le graphène en nanotechnologie
Pour déposer des nanomatériaux sur des wafers et créer des puces plus performantes

Le , par Christian Olivier, Chroniqueur Actualités
De nombreux acteurs de l’industrie technologique participent à des projets (de recherche et/ou de développement) axés de manière spécifique sur les nanotechnologies, des projets qui devraient à terme permettre de définir, d’évaluer, de fiabiliser et de vulgariser des technologies permettant par exemple de synthétiser des nanomatériaux.

L’approche ascendante (« ;bottom-up ;») pour la synthèse ou l’agencement de nanomatériaux consiste à élaborer à partir d’unités fondamentales (atomes, agrégats) des structures fonctionnelles de plus grande taille, grâce à des procédés physiques, chimiques ou mécaniques tels que : les technologies d’évaporation-condensation, les technologies de pulvérisation cathodique, les technologies sol-gel qui permettent de produire des nanomatériaux à partir de solutions, etc.

L’approche descendante (« ;top-down ;») consiste, pour sa part, à miniaturiser les structures existantes, permettant ainsi d’intégrer un maximum de composants élémentaires (transistors par exemple) sur une surface donnée. Elle a donné naissance aux technologies de lithographies (optiques, rayons X) ou de gravures par faisceaux d’ions permettant d’effectuer un empilement de couches minces de matériaux divers et variés (semi-conducteurs, métalliques, isolants).


Il y a quatre ans, la société technologique américaine IBM a annoncé qu’au cours des cinq prochaines années, elle comptait investir 3 milliards USD environ dans un projet ambitieux baptisé « ;7nm and Beyond ;» (7 nm et au-delà) visant à préparer le futur de la nanoélectronique.

L’entreprise vient de confirmer à travers la publication des résultats d’une recherche qu’elle a menée sa volonté de rester un acteur important, voire incontournable, de l’industrie des nanotechnologies dans les années à venir. Les résultats de cette étude ont été récemment publiés dans la revue Nature Communications. Ils montrent que les chercheurs d’IBM ont, pour la première fois, réussi à électrifier le graphène afin de s’en servir pour déposer des nanomatériaux avec une précision de 97 % sur des wafers.

Contrôler l’agencement des nanomatériaux au niveau des zones spécifiques prévues à cet effet avec une précision inférieure au micron reste l’une des difficultés majeures qui entravent l’intégration à grande échelle de ces composants dans l’industrie des semi-conducteurs. Certaines techniques dites descendantes actuellement employées ont l’inconvénient de pouvoir occasionner des modifications chimiques indésirables susceptibles de détériorer le matériau qui doit être déposé.

D’autres procédés tels que la mise en place de nanomatériaux assistée par des champs électriques permettent d’éliminer l’élément de traitement chimique et sont, de ce fait, considérés comme moins destructeurs. Ils ne sont malgré tout pas exempts de défauts. Par exemple, le procédé de traitement non chimique mentionné précédemment nécessite l’incorporation d’électrodes conductrices pour la mise en place des nanomatériaux, ce qui limite la performance, la mise à l’échelle et la densité des dispositifs électroniques intégrés.

Les chercheurs d’IBM ont de leur côté développé une technique de mise en place de nanomatériaux à partir d’une solution assistée par un champ électrique qui fait intervenir du graphène. Ce procédé hybride (bottom-up/ top-down) permet d’obtenir une résolution nanométrique à l’échelle du wafer, ouvrant ainsi les portes à la fabrication en masse de dispositifs nanoélectroniques et optoélectroniques impliquant une large gamme de nanomatériaux produits à partir de solutions.


« ;Comme cette méthode fonctionne pour une grande variété de nanomatériaux, nous envisageons des dispositifs intégrés avec des fonctionnalités qui représentent les propriétés physiques uniques du nanomatériau ;», a déclaré Mathias Steiner, directeur d’IBM Research-Brésil. Mathias Steiner a par la suite ajouté qu’il serait même possible d’imaginer « ;des détecteurs et émetteurs de lumière intégrés à la puce fonctionnant dans une gamme de longueurs d’onde distincte déterminée par les propriétés optiques du nanomatériau ;».

Il explique que, grâce à leurs travaux, si vous vouliez modifier la performance spectrale d’un dispositif optoélectronique, vous n’auriez qu’à simplement remplacer le nanomatériau en conservant le même procédé de fabrication. Pour aller encore plus loin, il précise que vous pourriez assembler différents nanomatériaux à différents endroits en effectuant plusieurs passes d’assemblage pour créer des détecteurs de lumière intégrés à la puce fonctionnant au même moment dans différentes fenêtres de détection.

Pour réussir cette prouesse, ils ont commencé par cultiver le graphène sur du carbure de silicium, puis ils l’ont pelé et l’ont déposé sur un wafer de silicium/oxyde de silicium, soulignant qu’il serait possible de cultiver le graphène sur un autre matériau comme le cuivre. Ils ont, par la suite, traité le graphène (gravure) pour définir les sites de dépôt, ce qui peut être considéré comme la partie top-down du processus.

La troisième étape a consisté à utiliser une technique bottom-up dans laquelle un champ électrique alternatif est appliqué aux couches de graphène préalablement traitées en même temps qu’une solution de nanomatériau est déposée sur le dessus. Le nanomatériau est ensuite tiré vers le bas et emprisonné entre les électrodes opposées du graphène qui seront éliminées au final.

Le graphène a donc pour mission de définir l’emplacement pour la mise en place des nanomatériaux, de fournir l’orientation du champ électrique ainsi que la force de traction nécessaire à l’assemblage dirigé des nanomatériaux.

« ;Nous pensons que la plus grande percée de ce travail réside dans la mise en place ascendante d’une grande variété de nanomatériaux avec une résolution à l’échelle nanométrique sur des zones beaucoup plus grandes, à l’échelle millimétrique, avec des électrodes faciles à éliminer (sans résidu) ;», a déclaré Steiner.

« ;Les électrodes en graphène fournissent un alignement et une densité excellente de nanomatériaux, ils limitent l’exposition chimique et évitent les lignes métalliques, permettant une performance supérieure des dispositifs ;», a-t-il conclut.

Les chercheurs d’IBM ont confié qu’ils développaient actuellement des émetteurs et des détecteurs de lumière intégrés à la puce dont les propriétés spectrales sont déterminées par le nanomatériau assemblé.

À titre de rappel, le graphène est un cristal à deux dimensions formé d’une seule couche d’atomes de carbone. Ce nanomatériau inerte chimiquement est léger, résistant, imperméable, transparent, mais également flexible. Ce dérivé du carbone a été isolé à partir du graphite, le constituant des mines de crayon et découvert, pour la première fois en 2004.

Une étude plus récente publiée cette année a déjà montré qu’il est possible de conférer au graphène les mêmes propriétés que le silicium afin de l’exploiter dans a fabrication de semi-conducteurs, grâce à un procédé innovant mis au point par des chercheurs espagnols. Ces derniers ont réussi à concevoir du graphène nanoporeux atomiquement homogène possédant des propriétés électromagnétiques semblables à celles du silicium et disposant de pores dont la taille, la densité et la morphologie sont suffisantes pour créer un Band Gap parfait.

Source : Nature, Spectrum ieee

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Avatar de ShigruM ShigruM - Nouveau Candidat au Club https://www.developpez.com
le 09/10/2018 à 20:46
depuis le temps que l'on parle du graphène, étrange que l'on soit encore et toujours au silicium

le titre de la news a le mérite d'etre honnete avec le lecteur, "IBM voit au-delà du 7 nm "
oui nous voyons au delà, mais rien d'industrialisable encore

il est important de pas mélanger la découverte d'un chercheur en université qui fait le buzz en quête désespérer de financement et l'industrialisation qui sont 2 monde qui n'ont rien a voir.

au dela du 7nm, de toute mùaniere la roadmap des fondeurs ont déja été annoncé, du 5nm et du 3nm, ce qui nous projette donc en 2025 au plus tôt, soit dans 7ans
mais je parierais plus sur 10ans au moins avant d'avoir autre chose que du silicium.
Avatar de Steinvikel Steinvikel - Membre éclairé https://www.developpez.com
le 11/10/2018 à 8:20
Si entrevoir une industrialisation de masse dans 10 ans pour l'électronique générale, je la projetterait encore plus loin concernant les processeurs.
Aujourd'hui, il y a des problèmes pour produire en quantité de grandes surfaces, absentes de défauts, et d'autres pour l'assembler avec précision.
Les graphènes produit actuellement sont soit grossiers, en quantité, soit convenables, en faible quantité.

10 ans pour surmonter toutes ces difficultés (2028), semble assez optimiste. ^^'

 
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