Une petite cellule mémoire qui résiste à des températures extrêmes, fournissant des semi-conducteurs plus petits et de meilleure qualité pour los angeles microélectronique

Les scientifiques des matériaux de l’Université de Kiel et de l’Institut Fraunhofer de technologie du silicium d’Itzhau (ISIT) ont réussi à éliminer un autre impediment au développement et à los angeles structuration de nouveaux matériaux pour les dispositifs semi-conducteurs de nouvelle génération, tels que les nouvelles cellules mémoire.

Ils ont montré que le nitrure de scandium d’aluminium ferroélectrique peut être réduit à quelques nanomètres et peut stocker différents états, ce qui le rend approprié comme nanocommutateur. De plus, ils ont démontré que le nitrure d’aluminium scandium est un matériau semi-conducteur particulièrement solid et robuste pour les applied sciences actuelles à base de silicium, de carbure de silicium et de nitrure de gallium. Contrairement à los angeles microélectronique actuelle, le matériau peut résister à des températures extrêmes allant jusqu’à 1 000 degrés Celsius.

Cela ouvre los angeles voie à des packages telles que le stockage d’informations ou les capteurs pour les processus de combustion dans les moteurs ou les generators, tant dans l’industrie chimique que dans l’industrie sidérurgique. Les résultats ont été publiés dans los angeles revue Science avancée. L’étude faisait partie d’un projet de recherche combinant los angeles recherche fondamentale en développement de matériaux avec des packages dans le domaine de los angeles microélectronique.

Utilisable pour les premières packages

Aujourd’hui, on trouve des puces et des composants microélectroniques hautes performances dans tous les ordinateurs, vehicles et installations industrielles. Une microélectronique solid et économe en énergie constitue los angeles base method de los angeles numérisation de l’industrie et de los angeles société, de l’approvisionnement énergétique sturdy ou de los angeles technologie médicale moderne. Mais les puces informatiques d’aujourd’hui fonctionnent à des tensions très basses, de seulement 1 à 2 volts, et à des tensions plus élevées, elles risquent de mal fonctionner.

Fichtner et ses collègues ont pu produire le matériau sous forme d’un movie de seulement 4 à 5 nanomètres d’épaisseur, réduisant ainsi los angeles stress requise de l’authentic de plus de 100 volts à 1 volt. “Dans notre étude, nous avons pu montrer pour los angeles première fois que le nitrure d’aluminium et de scandium fonctionne également dans ces petites dimensions sans modifier ses propriétés”, explique le Dr Simon Fichtner, scientifique des matériaux à l’université de Kiel et à l’ISIT. “Il fonctionne donc sur des tranches de silicium usual et convient donc parfaitement comme matériau semi-conducteur.”

Le nitrure d’aluminium et de scandium peut désormais être utilisé pour produire des composants de seulement quelques nanomètres et être intégré dans los angeles technologie des semi-conducteurs existante. «Cela signifie que nous laissons de côté los angeles recherche fondamentale et que nous pouvons réellement réfléchir pour los angeles première fois à des packages», explique le Dr Niklas Wolf du Centre de recherche collaboratif 1261 « Capteurs électromagnétiques » de l’Université de Kiel. Le réseau de recherche multidisciplinaire utilise déjà ces matériaux dans des prototypes de capteurs destinés au diagnostic médical.

Plus solid que les systèmes de stockage en silicone précédents

Dans le cadre du projet BMBF « SALSA », les chercheurs en matériaux ont également pu montrer que les cellules mémoire en nitrure d’aluminium et de scandium sont nettement plus stables que les mémoires en silicium utilisées jusqu’à présent. “Nos cellules mémoire ont conservé leurs informations lors de checks à 1 000 degrés Celsius. Les mémoires au silicium disponibles aujourd’hui ne fonctionnent que jusqu’à une température maximale de 150 degrés Celsius”, explique Fichtner. Cela permet de les utiliser dans des stipulations difficiles, comme celles rencontrées dans de nombreux processus de manufacturing industrielle.

Dans sa thèse de doctorat à los angeles CAU il y a quatre ans, Fichtner a été le premier à montrer que le nitrure d’aluminium et de scandium appartient au groupe des matériaux photovoltaïques qui suscite un grand intérêt dans los angeles communauté internationale des chercheurs. Dans le photovoltaïque, les dipôles électriques (+/- polarisation) sont alignés en permanence sans avoir besoin d’un champ électrique externe – comme un aimant de réfrigérateur. Lorsqu’une stress électrique est appliquée, los angeles construction cristalline du matériau au niveau atomique est inversée, tout comme son orientation électrique.

Les propriétés électriques de ces matériaux peuvent donc être modifiées de manière contrôlable de l’extérieur, et ils peuvent être « commutés » entre deux états. Cela les rend très intéressants pour les packages industrielles, mais jusqu’à présent, ils ne sont pas assez robustes ni très fiables. Le fait que le nitrure d’aluminium et de scandium fonctionne à des températures élevées et avec des tensions de seulement un volt constitue un avantage évident par rapport aux matériaux photovoltaïques traditionnels.

L. a. disposition des atomes alternate

Dans leur étude, l’équipe de recherche a également montré pour los angeles première fois exactement ce qui arrive au nitrure de scandium d’aluminium pendant le processus de commutation. Ils ont utilisé un microscope électronique à balayage pour analyser los angeles construction atomique du matériau à l’échelle nanométrique. Ils ont pu montrer que los angeles disposition des atomes d’azote et d’aluminium alternate après l’software d’une stress.

“Étonnamment, cela ne se produit pas partout dans le matériau en même temps, comme dans certains autres matériaux ferroélectriques, mais plutôt en douceur dans des régions individuelles les unes après les autres”, explique Wolf. En d’autres termes, los angeles matière ne alternate pas d’un seul coup.

“Si l’on considère que nos applied sciences de stockage actuelles fonctionnent avec les états 0 et 1, d’autres états intermédiaires et des packages complètement différentes pourraient être possibles”, ajoute le doctorant Georg Schönweger.

“L. a. connexion aux applied sciences existantes ouvre un huge éventail d’packages possibles, y compris l’électronique de puissance entièrement basée sur des semi-conducteurs au nitrure de gallium, los angeles technologie haute fréquence ou des architectures informatiques plus économes en énergie”, explique le professeur Hermann Kohlstedt, porte-parole de los angeles collaboration. Centre de Recherche 1461 « Neuroélectronique ». Ici, l’utilisation du nitrure d’aluminium et de scandium pour des ordinateurs neuronaux innovants basés sur le cerveau humain est étudiée.

Dans le cadre du projet BMBF, le Fraunhofer ISIT étudie son utilisation pour les haut-parleurs, par exemple dans les haut-parleurs, et a déjà développé des prototypes à cet effet. L’Institut Fraunhofer de body appliquée du solide de Fribourg (IAF) travaille à l’intégration de couches minces photovoltaïques constituées de nitrure de scandium d’aluminium dans los angeles manufacturing de meilleurs transistors.