Avec la miniaturisation des dispositifs semiconducteurs approchant les limites physiques, la recherche de nouveaux matériaux aux performances supérieures est devenue un enjeu crucial pour l'industrie. Une équipe de recherche composée du professeur associé Hiroo Suzuki de l'Université d'Okayama, du Dr. Kaoru Kuma de l'Université de Shinshu et du Dr. Shun Fujii de l'Université Keiō a réalisé des progrès dans l'étude des mécanismes de croissance des semiconducteurs bidimensionnels. L'équipe a utilisé une technique d'observation in situ pour capturer pour la première fois en temps réel et à l'échelle atomique le processus de formation du matériau à l'intérieur d'un micro-réacteur. Ces résultats ont été publiés le 12 décembre 2025 dans la revue Advanced Science.
Les semiconducteurs bidimensionnels, tels que les dichalcogénures de métaux de transition, sont considérés comme des candidats importants pour l'ère post-silicium en raison de leur épaisseur atomique et de leurs propriétés électriques uniques. Cependant, le contrôle précis de la qualité de croissance de leurs cristaux reste un défi. En s'appuyant sur leur technologie de synthèse par micro-réacteur développée précédemment, l'équipe de recherche a construit un système de dépôt chimique en phase vapeur avec chauffage infrarouge, permettant ainsi l'observation directe du processus de croissance cristalline.
En ajustant les conditions d'apport du précurseur et du soufre, les chercheurs ont identifié plusieurs modes de croissance distincts, notamment des cristaux triangulaires, de grands cristaux hexagonaux et des cristaux en forme de ruban pouvant s'adapter à la topographie du substrat. Une découverte clé est que l'introduction de soufre abaisse le point de fusion et la tension de surface des gouttelettes de précurseur, augmentant ainsi leur fluidité. Ces gouttelettes peuvent se déplacer à la surface du substrat via l'effet Marangoni, fournissant continuellement des matériaux au front de croissance.
Le Dr. Kaoru Kuma a commenté : « Observer le mouvement des gouttelettes et voir directement la croissance des cristaux a été un tournant. Cela nous a permis de confirmer un mécanisme de croissance que nous ne pouvions qu'inférer auparavant. » Ce travail d'observation en temps réel a révélé le lien entre les conditions de croissance et la morphologie finale ainsi que la qualité des cristaux, fournissant une base pour la conception et la synthèse dirigées de matériaux 2D fonctionnels.
Le professeur associé Hiroo Suzuki a conclu : « Cette étude montre que l'observation directe est la clé pour véritablement contrôler les matériaux. En comprenant comment les semiconducteurs 2D croissent, nous pouvons concevoir la prochaine génération de dispositifs électroniques à partir du niveau atomique. » Le mécanisme révélé par cette recherche pourrait favoriser le développement futur d'applications dans des domaines tels que l'électronique à faible consommation, les capteurs flexibles et les puces à haute intégration.
Détails de la publication : Auteurs : Hiroo Suzuki et al., Titre : « Inside the Microreactor: In Situ Real-Time Observation of the Vapor–Liquid–Solid Growth Process of Monolayer Transition Metal Dichalcogenides », Publié dans : Advanced Science (2025). Informations sur la revue : Advanced Science
