Clefs n°59 été 2010
Clefs n°59 été 2010
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°59 de été 2010

  • Périodicité : annuel

  • Editeur : CEA

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 160

  • Taille du fichier PDF : 16,5 Mo

  • Dans ce numéro : les matériaux au coeur du processus d'innovation.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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114 Des matériaux pour les technologies de l’information et de la santé ANALYSER LES SURFACES a intensité (u.a.) c vide volume 4,15 eV 3 4 5 6 7 8 E - E Fermi (eV) Figure 2. En a, la distorsion ferroélectrique tétragonale dans le titanate de baryum BaTiO 3. En b, principe de l’écriture d’une polarisation ferroélectrique avec un microscope à force piézoélectrique (PFM). Enc, image XPEEM des électrons Ba 3d d’une surface de BaTiO 3 avec des domaines polarisés écrits par PFM. Les spectres locaux sont reconstruits à partir de la série d’images pour chacun des domaines ferroélectriques. simple modèle électro statique impli - quant un déplacement rigide de tous les ni veaux électroniques sous l’effet de la charge fixe de polarisation n’explique pas les observations expérimentales. Des études plus approfondies sur la physique complexe de la structure électronique des couches minces ferroélectriques sont donc nécessaires. Analyser la surface de nanofils de silicium individuels Les nanofils semi-conducteurs, structures quasi unidimensionnelles dont le diamètre est de l’ordre de 5 nm à 1 μm pour des longueurs de 1 à 50 μm, motivent de nom - breu ses recherches, du photovoltaïque à la nanophotonique. En XPEEM, la taille des plus petits objets isolés détectables varie entre 5 et 35 nm selon le signal des électrons utilisés pour l’imagerie. Ainsi, le facteur limitant pour l’analyse XPEEM de nanofils individuels ne dépend plus que de la résolution spatiale le long du nanofil, typiquement inférieure à 100 nm avec une source synchrotron. Une première étude, réalisée au CEA, est illustrée en figure 3. Sur CLEFS CEA - N°59 - ÉTÉ 2010 Ba O Ti P- pointe conductrice b 4,35 eV 4,70 eV b a c zone (eV) a b c BaTiO3 SrTiO3(Nb) 5,05 eV 4,10 4,30 4,40 CEA E - E Fermi = 4,5 eV intensité (u.a.) catalyseur paroi (I) paroi (II) substrat ce nanofil « allongé » sur un substrat d’or (Au), des spectres au seuil de photoémission le long du nanofil (zones de 200nm) ont été obtenus, depuis le catalyseur d’or qui sert à la croissance. Le caractère remarquable de ces spectres réside en l’existence d’un double seuil – deux valeurs différentes de travail de sortie (7) –, révélateur de deux terminaisons chimiques distinctes sur le flanc du nanofil, contrairement au spectre généré sur le substrat. Celles-ci sont identifiées comme étant de l’or et du silicium (Si), d’après les valeurs des travaux de sortie acquises par modélisation du seuil. La présence d’or en îlots sur le flanc du nanofil, entraînant une consommation du catalyseur pendant la croissance mal maîtrisée et par la suite un rétrécissement du nanofil, a été confirmée par l’analyse quanti ta tive des images XPEEM prises avec les électrons de cœur Si 2p et Au 4f 7/2, en corrélation avec des images morpho - logiques par microscopie électronique à balayage (MEB). Ces premiers résultats ont été suivis par d’autres sur des nanofils plus fins (< 100 nm) et ouvrent la porte aux études quantitatives par photoémission a c II I IV E - E Fermi = 5,1 eV 3 4 5 6 7 E - E Fermi (eV) Figure 3. En a et b, images au seuil de photoémission d’un nanofil de silicium. Le contraste observé est dû à la différence du travail de sortie pour le nanofil, en silicium, et le substrat, en or. Enc, spectres locaux extraits de cette série d’images. La présence du double seuil prouve que le catalyseur d’or, indispensable pour la croissance du nanofil, a peu à peu diffusé le long du nanofil. b III 1 μm (oxydation de surface, dopage…) sur les nanofils semi-conducteurs uniques. > Nick Barrett Institut rayonnement matière de Saclay (Iramis) Direction des sciences de la matière CEA Centre de Saclay > Olivier Renault Institut Leti (Laboratoire d’électronique et de technologie de l’information) Direction de la recherche technologique CEA Centre de Grenoble POUR EN SAVOIR PLUS N. BARRETT, O. RENAULT, Matériaux & Techniques 97, 101-122 (2009). DOI : 10.1051/mattech/2009023. O. RENAULT, M. LAVAYSSIÈRE, A. BAILLY, D. MARIOLLE, N. BARRETT, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 171, 68-71 (2009). DOI : 10.1016/j.elspec.2009.03.008. CEA
Substrats et matériaux : course à la miniaturisation À ce jour, chaque nouvelle puce électronique est deux fois plus puissante que la précédente. À ce rythme, en 2022, la longueur des transistors n’excèdera pas les dix nanomètres et une couche de matériaux isolants, les quelques atomes. Les limites de la matière physique pourraient bientôt être atteintes, la rupture technologique semble donc inévitable. Voire ! Car certains chercheurs avancent déjà que ces limites seraient contournables. D ès 1965, et donc bien avant la réalisation du premier microprocesseur qui date de 1971, l’Américain Gordon Moore formulait une loi empirique stipulant que les performances des circuits intégrés doubleraient tous les dix-huit mois environ, à coût constant. Chimiste de formation, sa renommée lui vient d’INTEL, société co-fondée, en 1968, avec Robert Noyce et Andrew Grove et qui se hisse rapidement au rang de premier fabricant mondial de microprocesseurs. Cette loi, qui porte désormais son nom, Gordon Moore la révise, en 1975, pour préciser que le nombre de transistors des microprocesseurs (et non plus de simples circuits intégrés) doublerait tous les deux ans (figure 1). Impliquant une diminution régulière et drastique de la taille des transistors élémentaires, ce nombre de transistors par puce 10 000 000 000 1000 000 000 100 000 000 10 000 000 1000 000 100 000 10 000 1000 10 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 1995 rythme a gouverné l’industrie microélectronique tout au long des quarante dernières années. Pourtant, si un accroissement des performances a pu être atteint et maintenu pendant longtemps, ce fut notamment grâce à la réduction des dimensions géométriques des transistors et à l’utilisation de longueur de la grille du transistor en nm 1000 100 Figure 1. La courbe de gauche représente l’évolution du nombre de transistors par puce de silicium au cours des dernières années. Ce qui permet cette augmentation du nombre de transistors, donc de la puissance de la puce, c’est la diminution de la taille des transistors. La courbe de droite représente l’évolution de la longueur du canal du transistor au cours des dernières années. 250 nm 100 nm 70 nm 25 nm 1998 2000 2002 2004 2005 2006 2007 2009 2010 2012 2013 2015 année année Tranche de silicium de 200 mm de diamètre avec puces électroniques. 45 nm 32 nm Artechnique/CEA CEA CLEFS CEA - N°59 - ÉTÉ 2010 115



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