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La molybdénite remplacera-t-elle un jour le silicium ?

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Des chercheurs de l'École polytechnique fédérale de Lausanne (Suisse) ont créé des circuits d'une finesse de moins d'un nanomètre. Une taille que ne pourra jamais atteindre le silicium. Et pour cause, pour parvenir à cette prouesse, ils ont employé du molybdène, une substance qui ressemble au graphène, avec toutefois un atout supplémentaire...

La molybdénite cumule les atouts. En plus d’offrir des gravures des finesses de quelques nanomètres, elle dispose d’un gap correspondant aux caractéristiques habituelles des semi-conducteurs. Une faculté dont le graphène, son concurrent, est dépourvu. © EPFL

Une équipe de chercheurs de l'EPFL (École polytechnique fédérale de Lausanne), en Suisse, propose un matériau pour aller plus loin dans la miniaturisation des semi-conducteurs. Son nom : la molybdénite. Ce minéral, formé de sulfure de molybdène (MoS2), est habituellement utilisé comme lubrifiant. Bon marché, la molybdénite est disponible en grande quantité dans la nature, ce qui tombe bien pour les chercheurs, puisque la région du Valais, en Suisse, en regorge...

Andras Kis, qui mène les recherches, vient de publier un article dans la revue scientifique Nature Nanotechnology. Il explique que « la molybdénite, en raison de sa structure bidimensionnelle, est bien plus fine que le silicium qui est un matériau tridimensionnel ». C'est pour cela qu'il permet de réaliser des gravures bien plus fines.

Molybdénite : une finesse de 0,65 nanomètre

C'est là tout son intérêt. Depuis maintenant cinquante ans, les fondeurs n'ont cessé de réduire la taille des gravures sur le silicium. Plus la gravure est fine, plus faible est la résistance électrique, plus réduite est la consommation en énergie et plus rapides sont les calculs. Mais à présent les limites se font sentir. Il y a quelques mois, Intel développait ses premières puces à 22 nanomètres.

La limite ultime du silicium, cependant, commence à approcher, et se situerait autour de 10 nanomètres. Avec la molybdénite, il serait possible, affirme l'équipe de l'EPFL, d'atteindre des finesses de 3 ou 4 nanomètres à l'échelle industrielle. Autre avantage : une consommation électrique bien inférieure à celle des puces à base de silicium.

Lors des tests, les chercheurs suisses ont déposé sur une plaque de silicium une feuille de molybdénite de 0,65 nanomètre d'épaisseur pour la transformer en transistor. Avec cette finesse, les performances ont été surprenantes : 800 cm² par volt-seconde, au lieu des 200 cm²/Vs que conférerait un circuit de silicium de 2 nanomètres.

Pour leurs expérimentations, les chercheurs ont collé un film de molybdénite (MoS2) de 0,6 nanomètre sur une plaque de silicium (silicon). © EPFL

Molybdénite vs graphène

Pas de quoi faire trembler les adeptes du graphène qui parviennent à réaliser leurs expérimentations avec la même finesse. Ce cristal de carbone est également bidimensionnel et composé de cellules hexagonales. Rappelons que le graphène est actuellement très à la mode dans les laboratoires de recherche en nanomécanique et en électronique. Il faut dire que ses propriétés de conductivité électrique et de résistance mécanique sont particulièrement intéressantes. L'industrie mise depuis 2004 sur ce matériau qui se veut désormais le successeur annoncé du silicium. Mais il souffre d'un lourd handicap. Il ne dispose pas d'un « gap » suffisant.

Ce « gap » est une caractéristique essentielle pour les semi-conducteurs. Il indique leur capacité à assurer la conduction électrique en fonction de la tension délivrée. C'est justement sur cette carence du graphène que des scientifiques du monde entier travaillent. Andras Kis confirme cette lacune en ajoutant que « même IBM, a récemment admis qu'il n'est pas préférable de remplacer le silicium par le graphène ».

À la différence du graphène, la molybdénite dispose d'un excellent gap ! Un atout qui fait vraiment la différence et pourrait mettre un terme aux espoirs investis dans le graphène en électronique.

Toutefois, pour le moment, pour les fondeurs, le silicium n'est pas prêt d'être détrôné et demeurera la matière première de l'électronique tant que le graphène ne sera pas au point. En attendant, la maîtrise de la molybdénite pourrait arriver à maturité. Si ce matériau remporte la guerre des semi-conducteurs, il risque d'entraîner un autre écueil.... Celui de la prononciation, car Silicon Valley reste toujours plus simple à prononcer que Molybdenite Valley...

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