De nouveaux matériaux permettent de dépasser la loi de Moore
Si la loi de Moore se vérifie bien avec les puces du monde numérique, elle ne fonctionne pas lorsqu'il s'agit de s'interfacer avec le monde de la physique réelle, qui est analogique. Dans le domaine des semi-conducteurs, la nouvelle tendance est d'intégrer aux appareils électroniques des fonctionnalités qui ne s'accordent pas nécessairement à cette loi. Cette tendance est appelée More than Moore (MtM, plus que Moore). Ce concept cherche à développer des semi-conducteurs CMOS qui pourraient constituer la prochaine vague en matière d'électronique. Les oxydes métalliques appartiennent à l'une des classes de matériaux les plus étonnantes qui soit, ils possèdent des propriétés très diverses comme par exemple la ferroélectricité et le ferromagnétisme. Le projet IFOX (Interfacing oxides), financé par l'UE, a décidé d'exploiter les propriétés électriques et magnétiques qui naissent des nombreuses interactions générées par la charge, le spin et les degrés de liberté orbitaux de ces oxydes métalliques et de leurs interfaces, pour intégrer des fonctions analogiques dans les dispositifs semi-conducteurs CMOS. L'ingénierie de ces systèmes complexes se fait à une échelle qui dépasse sensiblement celle des CMOS eux-mêmes. Les chercheurs ont élaboré diverses interfaces matérielles capables d'ajouter ou d'améliorer le fonctionnement des semi-conducteurs CMOS. IFOX a mis l'accent sur l'optimisation des couches d'oxydes ferroélectriques et ferromagnétiques pour produire des films d'oxyde de haute qualité. Le couplage efficace des phases ferroélectriques et ferromagnétiques a ainsi permis d'élargir significativement les fonctionnalités et limites de performance de ces dispositifs. Le phénomène de commutation résistive trouvé dans les hétérostructures à base d'oxyde de manganèse/oxyde de titane (MnO/TiO) s'est ainsi révélé totalement adapté au stockage de données. La magnétorésistance tunnel inhérente trouvée dans les hétérostructures de titanate de baryum (BaTiO3) et de ferrite de bismuth (BiFeO3) est susceptible de fournir un support pour les mémoires vives magnétorésistives, un nouveau type de mémoire non volatile. La manipulation de la magnétisation du champ électrique en utilisant une bicouche de (La,Sr)MnO3 et de BiFeO3 constitue ainsi un développement important en direction de mémoires magnétiques de faible consommation. D'autres hétérostructures associant magnétorésistance et propriétés de détection des gaz pourraient avoir des implications importantes dans l'automobile. Certaines des hétérostructures présentant des capacités MtM ont été produites sur plaque de silicium de grande surface et présentées à l'industrie. Les découvertes réalisées par le projet représentent une étape importante vers la MtM et l'électronique au-delà du CMOS, permettant l'émergence de nouvelles technologies basées sur les matériaux à base d'oxydes.
Mots‑clés
Plus que Moore, oxyde métallique, CMOS, appareils électroniques, IFOX, hétérostructures, magnétorésistance