Une équipe de chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT), de l’Université de Houston et d’autres vient peut-être de jeter un coup d’œil sur l’avenir de l’informatique. Et selon leur rapport, publié dans La science, il semble beaucoup moins à base de silicium qu’on ne le pense. Sabotez, silicone. Le nitrure de bore cubique est ici avec des températures plus basses, une meilleure conductivité électrique et des performances améliorées qui pourraient ainsi monter en flèche parallèlement à la densité de calcul.
Cependant, comme ces choses se passent généralement, nous parlons probablement de décennies de recherche avant qu’un produit réel – sans parler d’une nouvelle ère de fabrication de semi-conducteurs – puisse être gravé. La domination du silicium sur presque tout ce qui est informatique – du processeur à l’intérieur de votre calculatrice au supercalculateur le plus puissant du monde – est trop ancrée dans des décennies de résolution de problèmes par des experts pour être délogée aussi rapidement. Il n’en va pas de même pour l’arséniure de bore, qui doit encore prouver sa longévité opérationnelle.
Le problème avec le silicium, c’est que c’est un compromis. C’est un conducteur thermique ridiculement mauvais – ce qui explique en partie pourquoi nos appareils électroniques chauffent tellement que l’on pourrait faire cuire un œuf sur un processeur si nous le voulions. Le silicium n’a également vraiment une bonne maîtrise que des électrons chargés négativement – dont le mouvement ordonné, comme vous l’avez peut-être appris à l’école, est à l’origine du courant électrique. Les « trous » – les inversions chargées positivement des électrons – ne se gélifient pas si bien avec le silicium. Malgré ces contretemps, le silicium est abondant et relativement facile à fabriquer.
L’arséniure de bore cubique (c-BA) – composé de bore et d’arsenic – résout les deux problèmes du silicium. Il s’adapte également aux électrons et aux trous, ce qui a conduit Gang Chen, professeur de génie mécanique au MIT, à l’appeler « vraiment unique » dans le monde des semi-conducteurs. « C’est important car, bien sûr, dans les semi-conducteurs, nous avons des charges positives et négatives équivalentes. Donc, si vous construisez un appareil, vous voulez avoir un matériau où les électrons et les trous voyagent avec moins de résistance », dit Chen.
Il conduit également la détresse thermique jusqu’à 10 fois mieux. Cela signifie que la chaleur se dissipe beaucoup plus rapidement de sa surface – beaucoup plus rapidement, en fait, que même dans le cuivre, l’élément de choix pour vos solutions de refroidissement de rechange. Alors que le silicium a une conductivité thermique typique de 148 W/mK, le cuivre l’améliore d’un facteur trois, à 401 W/mK. L’arséniure de bore cubique des chercheurs, en revanche, peut dissiper la chaleur autour de 1200 W/mK. C’est comme comparer la Petite Ligue à son frère plus grand, plus méchant et plus compétitif de la MLB.
« C’est impressionnant, car je ne connais en fait aucun autre matériau, autre que le graphène, qui possède toutes ces propriétés », Chen a ajouté. « Et c’est un matériau en vrac qui a ces propriétés. »
« La chaleur est désormais un goulot d’étranglement majeur pour de nombreux appareils électroniques », a déclaré le post-doctorant du MIT Jungwoo Shin Shin, l’auteur principal de l’article. « Le carbure de silicium remplace le silicium pour l’électronique de puissance dans les principales industries des véhicules électriques, y compris Tesla, car il a une conductivité thermique trois fois plus élevée que le silicium malgré ses mobilités électriques plus faibles. Imaginez ce que les arséniures de bore peuvent réaliser, avec une conductivité thermique 10 fois supérieure et une mobilité bien supérieure à celle du silicium. Cela peut changer la donne.
Selon tous les comptes courants, l’arséniure de bore est le semi-conducteur idéal. Le problème avec l’arséniure de bore est qu’il est extrêmement plus difficile à produire que le silicium. Jusqu’à présent, seuls des cycles de production à l’échelle du laboratoire du composé ont été réalisés. Les lots ne sont pas non plus uniformes, ce qui complique davantage les choses pour une éventuelle adoption en tant que semi-conducteur transformable en masse. Les chercheurs ne savent pas actuellement s’il peut être exploité sous une forme pratique et économique. Il ne serait probablement pas aussi omniprésent que le silicium dans le monde informatique. Pourtant, il pourrait être utilisé pour des composants critiques, en particulier produisant de la chaleur, ou même comme moyen de transfert de chaleur intégré dans des conceptions en silicium.
« Le silicium est le cheval de bataille de toute l’industrie », dit Chen. « Alors, OK, nous avons un matériau qui est meilleur, mais va-t-il réellement compenser l’industrie ? Nous ne savons pas.
Alors peut-être que le silicium n’a pas besoin de transpirer de si tôt (bien que, étant un mauvais conducteur tel qu’il est, il le fera probablement de toute façon). Mais même si l’efficacité énergétique et la densité de calcul frappent les goulots d’étranglement des matériaux – en particulier alors que nous entrons dans l’ère de l’informatique Angstrom – il faut peut-être se soucier de partager la scène mondiale.