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“L’arséniure de bore possède toutes les principales qualités nécessaires pour un semi-conducteur idéal” : bientôt la fin du silicium en matière première ?

SoC, CPU, GPU, cellules solaires… un échantillon des composants voire produits finis qui intègrent, actuellement, du silicium mais qui, pour diverses raisons (et hors cas du sable dont certaines carrière commencent à s’épuiser, depuis quelques années, ce qui poussent certaines entreprises-propriétaires, parfois, à aller puiser là où, théoriquement, cela devrait être proscrit…) vont devoir se re-inventer ; la solution ? remplacer le silicium (toute forme ou état chimique confondu) par l’arséniure de bore cubique…

 

 

“Une équipe de chercheurs du MIT, de l’Université de Houston et d’autres institutions a mené des expériences montrant qu’un matériau connu sous le nom d’arséniure de bore cubique surmonte ces deux limitations. Il offre une grande mobilité autant sur les électrons que sur les comblages de trous et possède une excellente conductivité thermique. C’est, selon les chercheurs, le meilleur matériau semi-conducteur jamais trouvé, et peut-être le meilleur possible. Jusqu’à présent, l’arséniure de bore cubique n’a été fabriqué et testé que dans de petits lots à l’échelle du laboratoire qui ne sont pas uniformes. Les chercheurs ont dû utiliser des méthodes spéciales développées à l’origine par l’ancien post-doctorant du MIT Bai Song pour tester de petites régions dans le matériau. Des travaux supplémentaires seront nécessaires pour déterminer si l’arséniure de bore cubique peut être fabriqué sous une forme pratique et économique, et encore moins remplacer le silicium omniprésent. Mais même dans un avenir proche, le matériau pourrait trouver des utilisations où ses propriétés uniques feraient une différence significative“, est-il indiqué, en accès libre (étude payante via le site du magazine Science, accès restreint…), depuis le 21 Juillet 2022, par le MIT (Massachusetts Institute of Technology).

Précurseurs en la matière, David Broido et le Pr Gang Chen (qui ont également participé à l’étude publiée depuis quelques jours) avaient dépoussiéré le sujet via des expérimentations, notamment entre 2018 voire 2021 : encore peu exploité ou connu, l’arséniure de bore cubique (BAs – Bore + Arsénic) est également expérimenté par des chercheurs universitaires (Harvard) en Septembre 1980 avec de premiers balbutiements prometteurs sans possibilité, grosso modo, de pouvoir prouver un liant acceptable pour le dérivé de l’arséniure de bore (qui est le composant, nom généraliste), le subarséniure de bore poly-cristallin (B12As2), selon les différents degrés de température testés, à l’époque.

 

Schématisation du band gap (bande interdite)
(Source : Wikipédia)

 

Depuis, avec les années passées, la technologie a pu se développer (notamment laser) pour faciliter la manipulation de tels composants chimiques avec, pour l’équipe du Pr Gang Chen et avec le concours de plusieurs chercheurs universitaires (Boston College, Université Texas, Université Houson + 14 chercheurs issus du MIT), des résultats atteignant une conductivité thermique “presque 10 fois supérieure à celle du silicium” tout en ayant un bandgap (bande interdite : un emplacement où l’énergie est nulle ou, potentiellement, inexistante, suivant le modèle d’un état physique donné avec, la bande de valence (accueillant pleinement l’énergie) d’un côté et, d’un autre côté, la bande de conduction toute ou en partie intégrant de l’énergie ; les électrons faisant le reste – en tant que liant – pour maintenir l’ensemble, via une excitation ou stimulation électrique). “Le silicium a une bonne mobilité des électrons mais une faible mobilité des trous, et d’autres matériaux tels que l’arséniure de gallium, largement utilisé pour les lasers, ont également une bonne mobilité pour les électrons mais pas pour les trous“, est-il expliqué, de plus, par les chercheurs qui précise bien que l’enjeu, pour les temps actuels et avec l’avènement de terminaux mobiles de manière chronique, réside dans la découverte d’un matériau capable de pouvoir juguler l’énergie tout en étant une alternative durable et substituable au silicium, dans la fabrication des semi-conducteurs, notamment.

Pour l’heure, il reste à pouvoir le fabriquer ou l’exploiter de manière massive (production industrielle) : l’expérience ou le PoC a été mis en place avec de l’arséniure de bore cubique “suffisamment uniforme“, ce qui implique, soit un process rigoureux à mettre en place côté entreprises soit, côté chercheurs, à revoir l’ensemble en proposant un PoC sur des extraits chimiques d’un lot plus varié (éléments uniformes + non-uniformes). De plus et en toute humilité, le Pr Gang Chen avoue qu’il pourrait y avoir d’autres matériaux alternatifs non-encore testés qui pourraient, également, être de bon candidats, en remplacement du silicium.

Au-delà d’un process industriel éventuel, les entreprises ou industriels devraient prévoir, toujours selon le Pr Chen, des étapes pour purifier l’arséniure de bore cubique tout en évaluant le financement ou coût qui y serait assimilé tout en misant sur une stratégie, est-il préconisé, multi-matières premières. Enfin, il convient, en aparté, de noter que l’ensemble doit, également, cocher la case écologique ou environnementale : là aussi, devrait résider, dans les premières lignes et à la vue de l’état thermique de la planète (dont 2022), un tel argument ; au-delà du process industriel… A suivre !

 

 

 

Sources :




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