Une approche directe permet de coller et de décoller des semi-conducteurs 2D sans utiliser de matériaux de type colle.
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Transfert à l'échelle de la plaquette de matériaux 2D par collage-décollement. a, Illustration schématique du processus de collage et de décollement. b, Photographies d'une plaquette de MoSe₂ monocouche de 2 pouces (à gauche) et d'une plaquette de MoS₂ monocouche (à droite). Encart : spectres Raman correspondants. c, d, Photographies d'une paire de plaquettes après collage (c) et pendant le décollement (d). L'encart de d montre le dispositif de décollement. e, Photographies d'une plaquette hétérostructurée MoSe₂/MoS₂ de 2 pouces (à gauche) et d'une plaquette de MoS₂ bicouche (à droite) obtenues par la technologie de collage-décollement. Encart : spectres Raman correspondants. TMD : dichalcogénure de métal de transition. Crédit : Liu et al. (Nature Electronics, 2025). DOI : 10.1038/s41928-025-01474-3.
L'un des principaux objectifs des ingénieurs en électronique est de réduire encore la taille des dispositifs, tout en améliorant leur vitesse, leurs performances et leur efficacité. Les semi-conducteurs bidimensionnels (2D), matériaux monocouches et minces à conductivité électrique contrôlable, se révèlent particulièrement prometteurs pour le développement de l'électronique miniaturisée.
Contrairement aux semi-conducteurs conventionnels, ces matériaux plus fins pourraient permettre à des dispositifs encore plus petits d'offrir de bonnes performances. Cependant, la fabrication fiable de feuilles de semi-conducteurs 2D de haute qualité (c'est-à-dire des plaquettes) et leur assemblage en empilements précis se sont avérés jusqu'à présent complexes.
Des chercheurs du Laboratoire des matériaux du lac Songshan, de l'Académie chinoise des sciences et d'autres instituts ont récemment mis au point une nouvelle méthode permettant de lier directement deux plaquettes semi-conductrices 2D, sans intercaler de matériaux. Leur méthode, présentée dans un article de la revue Nature Electronics , pourrait faciliter le développement futur de transistors haute performance et de divers autres composants électroniques à base de semi-conducteurs 2D.
« Les semi-conducteurs 2D constituent des éléments de base prometteurs pour les dispositifs électroniques avancés », affirment Jieying Liu, Jiaojiao Zhao et leurs collègues dans leur article. « Toutefois, la fabrication de plaquettes de semi-conducteurs 2D de haute qualité, dotées de couches structurées, demeure un défi. Nous décrivons une méthode directe de collage et de décollement de plaquettes applicable aux monocouches de semi-conducteurs épitaxiées sur des substrats à forte adhérence, tels que le saphir. »
Une méthode de liaison directe prometteuse
Pour lier des matériaux semi-conducteurs 2D et créer des structures légèrement plus épaisses aux propriétés souhaitées, les ingénieurs en électronique ont jusqu'à présent principalement utilisé des matériaux intermédiaires de type colle. Bien que ces matériaux soient efficaces, ils contaminent également la zone de rencontre des deux couches semi-conductrices (c'est-à-dire leur interface).
Liu, Zhao et leurs collègues ont donc entrepris de concevoir une stratégie de liaison alternative, mieux adaptée à la création de structures de haute qualité composées de deux semi-conducteurs 2D. Leur stratégie repose sur la réalisation de couches semi-conductrices 2D très planes, propres et chimiquement actives, qui adhèrent entre elles sans aucun matériau de liaison lors de leur premier contact.
« Ce procédé fonctionne aussi bien sous vide qu'en boîte à gants et ne nécessite aucune couche intermédiaire », écrivent les auteurs. « Il permet de produire des semi-conducteurs 2D empilés avec des interfaces propres et une uniformité à l'échelle de la plaquette, et offre un contrôle précis du nombre de couches et de l'angle de torsion intercouche. »
Permettre la fabrication de dispositifs électroniques 2D à base de semi-conducteurs
Pour démontrer le potentiel de leur méthode, les chercheurs l'ont utilisée avec succès pour créer diverses structures composées de monocouches 2D. Ces structures comportaient un nombre variable de couches, empilées selon différents angles de torsion.
« Nous utilisons cette approche pour créer différentes homostructures et hétérostructures à partir de monocouches 2D, notamment le disulfure de molybdène (MoS₂ ) et le diséléniure de molybdène (MoSe₂ ) », écrivent les auteurs. « Nous montrons également que cette approche permet de lier directement une monocouche de MoS₂ sur des substrats diélectriques à constante diélectrique élevée (HfO₂ et Al₂O₃ ) tout en préservant ses propriétés électroniques intrinsèques. »
Ces travaux récents de Liu, Zhao et leurs collègues pourraient ouvrir de nouvelles perspectives pour la conception et la fabrication de composants électroniques plus petits, plus rapides et plus performants. À l'avenir, la stratégie de liaison réversible qu'ils ont proposée pourrait permettre de créer d'autres structures complexes intégrant diverses monocouches de semi-conducteurs 2D.
https://techxplore.com/news/2025-11-approach-bond-debond-2d-semiconductors.html