L’arséniure de bore cubique: meilleur semi-conducteur à ce jour et successeur du silicium?

Des chercheurs du MIT et de l’université de Houston ont découvert un matériau aux meilleures propriétés électroniques que le silicium. Est-ce là une percée décisive dans le secteur électronique?

Le silicium est l’élément le plus fréquent sur Terre et la base de toute notre électronique: des ordinateurs, radios et téléviseurs jusqu’aux panneaux solaires. Mais il est possible que ce semi-conducteur ait à présent un sérieux rival. Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et de l’University of Houston ont en effet trouvé un composé chimique plus performant que le silicium: l’arséniure de bore cubique. L’équipe en question dirigée par Gang Chen y a consacré un article dans le magazine spécialisé Science.

‘Vides’ et chaleur

Les semi-conducteurs sont des composés chimiques qui, sur le plan de la conduction d’électrons, se trouvent à mi-chemin entre un isolant et un super-conducteur. Leur conduction est réduite, mais pas extrêmement bonne. Cela convient idéalement pour l’électronique en combinaison avec des éléments conducteurs aux endroits ad hoc. On appelle ça le dopage.

Mais même si le silicium est utilisé depuis la fin du siècle dernier déjà dans quasiment tout appareil électronique, il connaît néanmoins des limites. C’est ainsi qu’il peut certes laisser passer des électrons là où c’est nécessaire, mais il convient moins bien avec ce qu’on appelle les ‘vides’. Ce genre de ‘trou’ est une charge positive qui se manifeste suite au retrait d’un électron. Or ces vides sont importants pour un bon fonctionnement de l’électronique.

En outre, le silicium s’avère piètre dans l’évacuation de la chaleur. Un ordinateur portable par exemple s’échauffe assez vite en fonctionnement et a donc besoin d’un refroidissement correct pour ne pas surchauffer. Le secteur de l’électronique connaît évidemment ces limites et s’en accommode jusqu’à présent, mais ce n’est pas là une situation idéale.

Scores plus élevés

Or voici donc que Chen et ses collègues présentent aujourd’hui un composé qui pourrait s’avérer le semi-conducteur parfait pour le monde de l’électronique. Il y a deux ans déjà, ils avaient déterminé théoriquement que l’arséniure de bore cubique se caractériserait par de meilleures propriétés électroniques que le silicium.

En exploitant des lasers ultra-rapides sophistiqués, ils ont à présent réussi à le démontrer aussi au niveau expérimental. L’arséniure de bore obtient un score un peu plus élevé que le silicium dans le domaine du transfert d’électrons et de ‘vides’, mais il est à coup sûr dix fois plus performant sur le plan de l’évacuation de la chaleur.

Cela peut sembler formidable évidemment, mais il n’est encore question ici que de très petites quantités d’arséniure de bore mélangées de façon suffisamment uniforme que pour en tirer des données fiables. Il appartient à présent à l’équipe de chercheurs d’envisager une manière d’accroître la production du composé à des fins de tests à plus grande échelle. Durant des décennies, le silicium a eu pleinement le temps de devenir l’élément principal de nos appareils électroniques. L’arséniure de bore aura donc besoin de quelques années encore pour devenir une sérieuse alternative. Mais le début est en tout cas encourageant.

Impressionnant

‘Honnêtement, je n’avais encore jamais entendu parler de l’arséniure de bore cubique’, explique l’électro-physicien Ray Hueting de l’université de Twente à KIJK Magazine. ‘Cela fait en tout cas écarquiller les yeux. Surtout en raison du fait que ce composé dispose manifestement de bonnes valeurs de mobilité tant pour les électrons que pour les ‘vides’. C’est essentiel pour le bon fonctionnement de la logique numérique dans la technologie CMOS (utilisée par exemple dans les écrans, ndlr).’

L’électro-physicien Jan Kees Maan de la Radboud Universiteit trouve lui aussi le nouveau semi-conducteur intéressant, mais est tout de même sceptique: ‘Depuis des dizaines d’année, on voit apparaître des articles annonçant de nouveaux matériaux présentés comme de ‘meilleures alternatives’ au silicium. Mais malgré tous ses inconvénients, le silicium possède un énorme avantage technologique qui y fait ombrage, à savoir qu’il facilement oxydable, ce qui en fait un bon isolant. Rien que pour cet aspect, le silicium me semble imbattable.’

La recherche d’un successeur au silicium remonte à des dizaines d’années déjà. En 2010, on ne parlait par exemple que du graphène, une espèce de carbone. ‘Dans 50 ans, on considérera la période du silicium comme l’âge de pierre de l’électronique’, expliquait Walter de Heer, un physicien néerlandais du Georgia Institute of Technology, en 2010 encore à Data News.

Source: KIJK Magazine