Une équipe de recherche du MIT découvre comment maintenir la loi de Moore en vie en utilisant des matériaux 2D développés sur des tranches de silicium

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Gordon Moore, le co-fondateur et ancien PDG d’Intel, a fait une observation en 1965 selon laquelle le nombre de transistors sur une puce double chaque année. En 1975, il a révisé sa « loi » appelant à ce que le nombre de transistors sur une puce double tous les deux ans. En règle générale, plus le nombre de transistors d’une puce est élevé, plus elle est puissante et économe en énergie.

Avec le nœud de processus principal actuellement à 3 nm, TSMC et Samsung Foundry prévoient de descendre à 2 nm d’ici 2025. Samsung a déclaré que sa feuille de route comprend un nœud de 1,4 nm en 2027. Mais finalement, le silicium perd ses caractéristiques électriques à un certain taille et la loi de Moore pourraient être abrogées (oui, nous savons que ce n’est pas une vraie loi).

L’utilisation de matériaux 2D pour construire de petits transistors pourrait maintenir la loi de Moore en vie

Une façon possible de maintenir la loi de Moore en vie a été lancée par une équipe de chercheurs du MIT. L’équipe a découvert qu’elle pouvait construire des transistors plus petits en utilisant des matériaux 2D. En utilisant une méthode appelée « croissance monocristalline non épitaxiale », les matériaux 2D sont développés sur des tranches de silicium. Ces matériaux 2D sont des feuilles bidimensionnelles ultra-minces de cristaux parfaits aussi fins qu’un atome. L’équipe du MIT affirme que les matériaux 2D qu’elle a créés étaient exempts de tout défaut, ce qui lui a permis de créer un transistor simple et fonctionnel.

Une équipe de recherche du MIT a pu faire croître des cristaux 2D sur une plaquette de silicium permettant à l’équipe de construire un transistor fonctionnel

Les matériaux 2D sont connus sous le nom de dichalcogénures de métaux de transition, ou TMD. A l’échelle du nanomètre, ils conduisent les électrons plus efficacement que le silicium.

Cela pourrait être la percée dont l’industrie technologique a besoin pour continuer à construire des puces plus puissantes. Pour illustrer le fonctionnement de la loi de Moore, considérons qu’en 2019, le chipset A13 Bionic 5 nm d’Apple, utilisé pour alimenter la gamme iPhone 11, transportait 8,5 milliards de transistors. Le 4 nm Le SoC Apple A16 Bionic, que l’on retrouve dans les modèles d’iPhone 14 Pro, était équipé chacun de près de 16 milliards de transistors.
Il est largement prévu que cette année, les modèles haut de gamme d’iPhone 15 d’Apple utiliseront l’A17 Bionic qui sera produit à l’aide du nœud de processus 3 nm ; la puce pourrait transporter de 18 à 20 milliards de transistors ou plus.

Parlant de l’utilisation de matériaux 2D pour maintenir la loi de Moore en vie, Jeehwan Kim, professeur agrégé de génie mécanique au MIT, a déclaré : « Nous pensons que notre technologie pourrait permettre le développement d’appareils électroniques de nouvelle génération à base de semi-conducteurs 2D et à hautes performances. . Nous avons débloqué un moyen de rattraper la loi de Moore en utilisant des matériaux 2D. »

Les chercheurs du MIT ont réussi à surmonter la tâche difficile de la croissance de matériaux 2D sur du silicium

L’équipe a réussi à relever le défi de la croissance de matériaux 2D sur silicium. Pour construire des semi-conducteurs, des tranches de silicium doivent être utilisées, a noté le professeur agrégé. « Jusqu’à présent, il n’y avait aucun moyen de fabriquer des matériaux 2D sous forme monocristalline sur des tranches de silicium, c’est pourquoi toute la communauté a presque renoncé à rechercher des matériaux 2D pour les processeurs de nouvelle génération », a déclaré Kim. « Maintenant, nous avons complètement résolu ce problème, avec un moyen de fabriquer des appareils plus petits que quelques nanomètres. Cela va changer le paradigme de la loi de Moore. »

Intel se concentrera également sur d’autres domaines de recherche, notamment l’étude de nouveaux emballages 3D pour une intégration transparente des puces, et l’étude de nouvelles possibilités en matière d’efficacité énergétique et de mémoire. En ce qui concerne l’utilisation de matériaux 2D, Intel affirme que ces matériaux ultra-minces peuvent l’aider à intégrer plus de transistors dans une seule puce.

Les transistors fabriqués à partir de matériaux 2D pourraient être l’innovation qui maintient la croissance de l’industrie technologique. Cela pourrait permettre aux fabricants de développer des smartphones plus rapides et plus puissants avec le type d’autonomie dont nous ne pouvons que rêver en ce moment.

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