Des scientifiques de l'Université de Warwick et du Conseil national de recherches du Canada ont atteint la plus haute mobilité des trous jamais mesurée dans un matériau compatible avec le silicium. En utilisant une couche de germanium déformé par compression sur silicium, ils ont atteint 7,15 millions de cm² par volt-seconde. Cette avancée promet des électroniques plus rapides, plus fraîches et des progrès dans les dispositifs quantiques.
Le silicium sous-tend la plupart des dispositifs semi-conducteurs modernes, mais à mesure que les composants rétrécissent, ils produisent plus de chaleur et atteignent des limites de performance. Le germanium, utilisé dans les transistors des années 1950, attire l'attention pour ses meilleures propriétés électriques tout en s'intégrant aux processus de fabrication du silicium.
Dans une étude publiée dans Materials Today, une équipe dirigée par le Dr Maksym Myronov à l'Université de Warwick a développé une épicouche de germanium nanométrique mince sur silicium sous contrainte compressive. Cette structure permet aux charges électriques de se déplacer avec une résistance minimale, surpassant tout matériau compatible avec le silicium précédent.
Les chercheurs ont fait croître une fine couche de germanium sur une plaquette de silicium et ont appliqué une contrainte compressive précise pour créer une structure cristalline pure. Les tests ont montré une mobilité des trous de 7,15 millions de cm² par volt-seconde, comparée à environ 450 cm² dans le silicium industriel standard. Cela signifie que les charges voyagent beaucoup plus facilement, permettant un fonctionnement plus rapide des dispositifs et une consommation d'énergie plus faible.
Le Dr Maksym Myronov, professeur associé et chef du groupe de recherche sur les semi-conducteurs à l'Université de Warwick, a déclaré : « Les semi-conducteurs à haute mobilité traditionnels comme l'arséniure de gallium (GaAs) sont très coûteux et impossibles à intégrer dans la fabrication de silicium courante. Notre nouveau matériau quantique germanium-sur-silicium déformé par compression (cs-GoS) combine une mobilité de premier plan mondial avec une scalabilité industrielle – une étape clé vers des circuits intégrés quantiques et classiques à grande échelle pratiques. »
Le Dr Sergei Studenikin, officier principal de recherche au Conseil national de recherches du Canada, a ajouté : « Cela établit une nouvelle référence pour le transport de charges dans les semi-conducteurs du groupe IV – les matériaux au cœur de l'industrie électronique mondiale. Cela ouvre la porte à des électroniques plus rapides et plus économes en énergie, et à des dispositifs quantiques entièrement compatibles avec la technologie silicium existante. »
Les applications potentielles incluent les systèmes d'information quantique, les qubits à spin, les contrôleurs cryogéniques pour processeurs quantiques, les accélérateurs d'IA et les serveurs économes en énergie qui réduisent les besoins de refroidissement des centres de données. Ce travail met en lumière le rôle du Royaume-Uni dans la recherche sur les semi-conducteurs.