Informatique
Les semi-conducteurs à couches pourraient être le prochain bond dans le stockage de la mémoire
Les semi-conducteurs sont les éléments de base fondamentaux de presque tous les appareils électroniques modernes, alimentant tout, des smartphones et ordinateurs aux véhicules électriques, systèmes d’IA et équipements industriels.
Ils constituent la technologie centrale des circuits intégrés (CI), également appelés puces, permettant la création d’appareils plus rapides, plus petits et plus efficaces.
En ce qui concerne la nature des semi-conducteurs, il s’agit de matériaux dont la conductivité électrique se situe entre celle des conducteurs et des isolants. Le silicium (Si), le germanium (Ge) et l’arséniure de gallium (GaAs) en sont quelques exemples.
Ils permettent le passage de courants électriques en fonction de facteurs tels que la température ambiante ou le champ magnétique auquel ils sont soumis. La conductivité des semi-conducteurs peut être ajustée grâce à un processus appelé dopage, où l’on ajoute des impuretés.
En plus d’être la base des CI, les applications des semi-conducteurs comprennent les transistors, utilisés pour le commutage et l’amplification dans les circuits électroniques. Les semi-conducteurs sont également employés dans les panneaux solaires pour convertir la lumière du soleil en électricité ainsi que dans les diodes qui permettent le flux de courant dans une seule direction.
Le passage aux architectures de semi-conducteurs à couches
À mesure que les semi-conducteurs évoluent, les semi-conducteurs hybrides organiques-inorganiques suscitent un grand intérêt en raison de leur haute efficacité dans les cellules solaires et de leurs applications pour les diodes électroluminescentes (LED). Ils combinent la flexibilité et le faible coût des matériaux organiques avec les propriétés électroniques des matériaux inorganiques dans un seul matériau.
Ces semi-conducteurs à couches, possédant une structure de couches distinctes de composants organiques et inorganiques pouvant être arrangées pour des propriétés et des fonctionnalités uniques, représentent des matériaux de prochaine génération destinés aux dispositifs optoélectroniques haute performance.
Dans le domaine des semi-conducteurs à couches, il y a quelques années, des chercheurs de l’Université nationale australienne ont démontré un nouveau procédé de fabrication « style sandwich » pour obtenir des électroniques à ultra-faible consommation d’énergie basées sur les particules hybrides lumière-matière appelées exciton-polaritons.
Dans cette expérience, un semi-conducteur d’une épaisseur d’un atome a été placé entre deux miroirs, montrant une propagation robuste, sans dissipation et à longue portée d’un exciton (un électron lié à un trou) mélangé à la lumière rebondissant entre des miroirs parallèles.
Le procédé de fabrication « style sandwich » pour une microcavité optique de haute qualité a minimisé les dommages au semi-conducteur atomiquement fin tout en maximisant l’interaction entre les excitons et les photons.
Le matériau atomiquement fin n’était pas l’élément crucial ici ; c’était plutôt la construction de la microcavité. Celle-ci a été assemblée en empilant les composants un par un, en commençant par le miroir inférieur, puis une couche de semi-conducteur et enfin un miroir supérieur. La structure supérieure a toutefois été fabriquée séparément afin d’éviter d’endommager le semi-conducteur atomiquement fin et de préserver les propriétés de ses excitons.
Bien que cette étude se soit concentrée sur les interactions lumière-matière dans les semi-conducteurs ultra-fins, d’autres équipes de recherche poussent les matériaux hybrides vers le stockage de la mémoire.
Le semi-conducteur hybride ZnTe révèle des capacités avancées de mémoire
Parmi les semi-conducteurs à couches, le β‑ZnTe(en)₀.₅, en particulier, attire une attention particulière en raison de son ordre structural supérieur ainsi que de sa stabilité plus longue que la plupart.
Ici, l’incorporation d’une couche de matériau organique permet d’ajuster les propriétés optiques, de modifier la structure de bande et d’augmenter l’énergie de liaison des excitons.
Ainsi, des chercheurs de la Washington State University ainsi que de l’University of North Carolina at Charlotte ont mis au point un matériau en couches1 qui peut changer radicalement de forme sous pression, démontrant sa capacité à aider les ordinateurs à stocker davantage de données en consommant moins d’énergie.
Le matériau est basé sur du tellurure de zinc hybride (ZnTe) dont l’étude a montré d’impressionnants changements structurels lorsqu’il est compressé.
Le tellurure de zinc est un matériau semi-conducteur avec une bande interdite directe d’environ 2,26 eV. Cette bande interdite directe permet une émission et une absorption lumineuses efficaces, rendant le ZnTe adapté aux applications optoélectroniques, notamment les cellules solaires, les photodétecteurs et les LED, ainsi que dans les batteries lithium‑ion, les diodes laser, les générateurs micro‑ondes et les dispositifs électroniques à haute vitesse.
Les changements structurels que le matériau hybride à base de ZnTe a subis dans la dernière étude, financée par le Département de l’énergie des États‑Unis, en font un candidat prometteur pour la mémoire à changement de phase (PCM).
La PCM est un type de mémoire vive non volatile (RAM) qui fonctionne différemment de la mémoire présente dans nos appareils. Il s’agit d’un stockage de données ultra‑rapide et durable qui ne nécessite pas de source d’alimentation constante.
Ce type de mémoire exploite les changements de phase d’un matériau, entre les états amorphe et cristallin. Cette transition de phase affecte la résistance électrique du matériau, permettant le stockage et la récupération des données.
Selon l’étude, tout comme l’In₂Se₃ (séléniure d’indium(III)), qui subit des changements de phase à des pressions modérées, plusieurs phases du ZnTe(en)₀.₅ peuvent également être exploitées dans les dispositifs de mémoire.
L’In₂Se₃ et le séléniure d’indium (InSe) sont des matériaux semi-conducteurs à couches qui présentent une variété de structures cristallines et de phases.
Une étude intéressante de la fin de l’année dernière a découvert une méthode écoénergétique pour convertir les cristaux en verre, offrant une solution très efficace pour les dispositifs utilisant la PCM.
Actuellement, la PCM repose sur un processus très énergivore, qui consiste à chauffer les cristaux à plus de 800 °C à l’aide de lasers ou d’impulsions électriques, suivi d’un refroidissement rapide. L’étude, menée par des chercheurs de l’IISc, de l’UPenn et du MIT, a révélé que le séléniure d’indium permet la transition du solide au verre grâce à des « auto‑chocs » internes, éliminant ainsi le besoin de hautes températures.
Ce qui se passe ici, c’est que lorsqu’un courant électrique est appliqué à la structure fine et en couches du séléniure d’indium, les couches glissent dans différentes directions, créant des zones où les atomes s’alignent selon des motifs spécifiques séparés par des frontières, qui agissent comme des plaques tectoniques, et lorsqu’elles se heurtent, elles produisent de petits chocs mécaniques et électriques.
Chacun de ces chocs perturbe la structure cristalline, créant ainsi de petites zones qui se transforment en verre, lesquelles finissent par se propager à l’ensemble du matériau.
“La recherche sur la PCM avait ralenti en raison de la difficulté à trouver des matériaux appropriés. Mais maintenant, la structure 2D et les propriétés uniques du séléniure d’indium ont convergé pour créer cette voie ultra‑basse énergie d’amorphisation via des chocs,” a déclaré le co‑auteur Pavan Nukala, qui a ajouté qu’ils “cherchent à intégrer ces dispositifs sur des plateformes CMOS”.
Transformations structurelles dramatiques induites par la pression
Dans la dernière étude, le matériau fabriqué s’appelle β‑ZnTe(en)₀.₅ et est composé de couches alternées de tellurure de zinc.
En plus des couches alternées de ZnTe d’une épaisseur de deux monolayers, l’équipe a utilisé l’éthylènediamine (en=C2N2H8) comme molécule organique. Il s’agit d’un composé utilisé comme bloc de construction pour la production de produits chimiques. En tant que sensibilisateur de contact, il est capable de produire à la fois des réactions locales et généralisées.
En comparant la structure du matériau à celle d’un sandwich, le co‑auteur de l’étude Matt McCluskey, professeur de physique à la WSU, a noté :
“Imaginez des couches de céramique et de plastique empilées à l’infini. Lorsque vous appliquez une pression, les parties souples s’effondrent davantage que les parties rigides.”
Pour appliquer la pression, ils ont utilisé une enclume à diamant (DAC), un dispositif à haute pression utilisé dans les expériences de science des matériaux et d’ingénierie pour étudier les matériaux sous des conditions extrêmes. Le DAC permet de comprimer un petit échantillon à des pressions extrêmes.
Ainsi, l’équipe a utilisé le DAC pour appliquer une pression extrême puis a observé les changements du matériau à l’aide du système à rayons X.
Le système de diffraction des rayons X (XRD) a en fait rendu la recherche possible, ayant été acquis il y a quelques années pour plus d’un million de dollars grâce au Murdock Charitable Trust.
Le XRD est une technique de laboratoire qui utilise les rayons X pour révéler des informations structurelles telles que la structure cristalline et la composition chimique des matériaux. Cette méthode puissante a permis aux chercheurs d’observer les minuscules changements structurels du matériau en temps réel.
Bien que ce type d’expériences se déroule généralement dans des installations nationales comme l’Advanced Light Source du Berkeley National Laboratory en Californie, nécessitant beaucoup de temps, grâce à l’équipement spécialisé, les chercheurs ont pu tout réaliser directement sur le campus de Pullman de la WSU, ce qui rend l’expérience « encore plus passionnante ».
“Pouvoir réaliser ces expériences à haute pression sur le campus nous a donné la flexibilité d’examiner réellement ce qui se passait. Nous avons découvert que le matériau ne s’est pas seulement compressé — il a réellement changé sa structure interne de manière importante.”
– McCluskey
L’observation a révélé que le matériau a traversé deux changements de phase à de faibles pressions de 2,1 et 3,3 gigapascals (GPa). La modification de la structure du matériau était spectaculaire dans les deux cas, avec un rétrécissement pouvant atteindre 8 %.
Les changements observés par XRD ont ensuite été vérifiés avec la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), une technique utilisée pour obtenir le spectre infrarouge d’émission ou d’absorption d’un solide, d’un liquide ou d’un gaz. Elle a également démontré des changements dans les modes vibrationnels aux deux pressions de transition de phase.
Applications futures potentielles
Une transition de phase d’un matériau fait référence à des changements de sa structure au niveau atomique suite à une variation des conditions externes telles que la pression ou la température. Dans cette étude, les changements sont survenus entre deux états solides, où les atomes se sont réarrangés en une configuration plus dense.
De telles transitions peuvent modifier de façon significative certaines propriétés des matériaux, comme leur émission de lumière ou leur conductivité électrique.
Étant donné que les différentes phases structurelles possèdent généralement des caractéristiques optiques et électriques distinctes, on pense qu’elles sont utiles pour encoder des informations numériques, ce qui constitue la base de la mémoire à changement de phase.
Les transitions pour β‑ZnTe(en)₀.₅, selon l’étude, se sont produites à des pressions nettement plus basses que le changement de phase le plus bas rapporté pour le tellurure de zinc pur.
According to Miller:
“La plupart des matériaux de ce type nécessitent d’énormes quantités de pression pour changer de structure, mais celui-ci a commencé à se transformer à un dixième de la pression que l’on observe habituellement dans le tellurure de zinc pur. C’est ce qui rend ce matériau si intéressant — il montre de grands effets à des pressions beaucoup plus faibles.”
Mais ce n’est pas tout. Les résultats de l’étude suggèrent une réponse à la pression fortement anisotrope du matériau, ce qui signifie que la propriété varie en intensité selon les directions, la couche organique étant très réactive aux changements de pression.
Combiner la sensibilité directionnelle, où la direction dans laquelle le matériau est comprimé modifie son comportement, avec la structure en couches rend le matériau encore plus réglable, ouvrant la porte à des applications supplémentaires telles que la photonique, où la lumière est utilisée pour déplacer et stocker l’information.
Le matériau émet en réalité de la lumière ultraviolette, et les chercheurs pensent que sa lueur peut également varier en fonction de sa phase. Cette capacité peut rendre le β‑ZnTe(en)₀.₅ utile dans les fibres optiques ou l’informatique optique.
Tout en montrant un énorme potentiel en tant que matériau de mémoire commercial, le β‑ZnTe(en)₀.₅ est encore à un stade très précoce de son développement comme déclare Miller :
“Nous commençons à peine à comprendre ce que ces matériaux hybrides peuvent faire.”
L’étape suivante de l’équipe dans l’étude consiste à étudier comment le matériau réagit aux variations de température, puis à examiner ce qui se passe lorsque chaleur et pression sont appliquées simultanément au matériau. Ainsi, les chercheurs établiront une cartographie plus complète des comportements et des possibilités du β‑ZnTe(en)₀.
Investir dans les semi-conducteurs
Dans le monde des semi-conducteurs, la capitalisation boursière de 2,8 trillions de dollars de NVIDIA Corporation (NVDA ) est le nom le plus important, dominant les technologies d’IA et de GPU. D’autres acteurs majeurs du secteur comprennent le fabricant de puces historique de 90 milliards de dollars Intel Corporation (INTC ), qui se développe dans l’IA et la mémoire avancée, et les 160 milliards de dollars de Advanced Micro Devices (AMD ), qui explorent les technologies semi-conductrices émergentes.
Mais aujourd’hui, nous allons examiner de plus près Micron (MU ), qui se spécialise dans la mémoire et le stockage, y compris la mémoire à changement de phase (PCM). WAvec la mémoire et le stockage devenant les goulets d’étranglement de l’informatique moderne, Micron se démarque comme l’une des rares entreprises à relever ce défi de front. Et alors que la demande explose dans l’IA, l’infrastructure cloud et les appareils en périphérie, le leadership de Micron à la fois dans la DRAM et le NAND, ainsi que son travail sur les technologies de prochaine génération comme la mémoire à changement de phase, en font un acteur clé à surveiller dans le secteur des semi-conducteurs.
Micron Technology (MU )
Le fournisseur de solutions de mémoire et de stockage propose un portefeuille de produits DRAM, NAND et NOR haute performance.
Il fonctionne via l’unité Compute and Networking Business Unit (CNBU), qui fournit des solutions pour les marchés des centres de données, du graphisme, des PC et des réseaux, l’unité Mobile Business Unit (MBU) qui s’adresse aux smartphones et autres appareils mobiles, l’Embedded Business Unit (EBU), qui sert les marchés industriels, automobiles et grand public embarqués, et le Storage Business Unit (SBU), qui comprend les SSD et les solutions de stockage au niveau des composants.
L’entreprise est la première à commercialiser les solutions de mémoire HBM3E et SOCAMM à l’échelle mondiale pour les serveurs IA en collaboration avec NVIDIA.
(MU )
Micron a une capitalisation boursière de 90,2 milliards de dollars, ses actions s’échangent à 79,55 $, en baisse d’environ 4 % depuis le début de l’année. Son BPA (TTM) est de 4,14, le ratio P/E (TTM) est de 19,51, et le rendement du dividende offert n’est que de 0,57 %.
En mars, l’entreprise a annoncé les résultats financiers de son deuxième trimestre de l’exercice 2025, qui s’est terminé February 27, 2025, révélant un chiffre d’affaires de 8,05 milliards de dollars, en baisse par rapport à 8,71 milliards de dollars au trimestre précédent mais en hausse par rapport à 5,82 milliards de dollars à la même période l’année précédente.
Le bénéfice net GAAP était de 1,58 milliard de dollars, soit 1,41 $ par action diluée alors que le bénéfice net Non‑GAAP était de 1,78 milliard de dollars, soit 1,56 $ par action diluée. Le flux de trésorerie opérationnel pour la période s’élevait à 3,94 milliards de dollars.
“Micron a livré un BPA du deuxième trimestre fiscal supérieur aux prévisions et les revenus des centres de données ont triplé par rapport à l’année précédente,\” a déclaré le PDG Sanjay Mehrotra qui a souligné le lancement du nœud DRAM 1‑gamma, prolongeant le leadership technologique de l’entreprise. Au troisième trimestre, Micron s’attend à atteindre un \”record de chiffre d’affaires trimestriel… avec une croissance de la demande de DRAM et NAND tant dans les centres de données que sur les marchés destinés aux consommateurs.\”
Dernières nouvelles sur Micron Technology
Conclusion
En tant que pilier des appareils électroniques modernes, les semi-conducteurs sont essentiels aux avancées technologiques. C’est grâce à l’innovation dans la technologie des semi-conducteurs que de nouveaux produits meilleurs ont vu le jour ainsi que des percées dans tout, des smartphones aux systèmes d’IA.
Dans ce contexte, la nouvelle recherche marque un changement majeur en dépassant les architectures traditionnelles à base de silicium pour explorer les hybrides organiques‑inorganiques à couches. La découverte de la capacité unique du matériau à subir des transitions de phase à basse pression avec une tunabilité structurelle ouvre une nouvelle frontière pour les matériaux en optoélectronique et fait du β‑ZnTe(en)₀.₅ un candidat prometteur pour des technologies de mémoire à haute performance et à faible consommation d’énergie.
Une exploration supplémentaire sous des conditions thermiques variables pourrait même ouvrir des applications totalement nouvelles pour le matériau dans l’informatique optique, les fibres optiques et le stockage de données à faible consommation, marquant un chapitre passionnant de la révolution continue des semi-conducteurs.
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Études référencées :
1. Miller, J. C., Wang, Y., Zhang, Y., Schmedake, T. A., & McCluskey, M. D. (2025). Phase transitions of β‑ZnTe(en)₀.₅ under hydrostatic pressure. AIP Advances, 15(4), 045308. https://doi.org/10.1063/5.0266352
