Matériaux semi-conducteurs ont joué un rôle crucial dans le développement de la technologie moderne, des ordinateurs aux cellules solaires. De nombreux équipements exposés au rayonnement de particules lourdes, tels que les satellites, les réacteurs nucléaires et les accélérateurs de particules, dépendent également de la technologie des semi-conducteurs. Les radiations endommagent le matériel, raccourcissent la durée de vie de l’équipement et perturbent son fonctionnement.
Le projet quinquennal d’Andrea Sand sur la prévision des dommages causés par les radiations sera lancé l’année prochaine. Crédit image : Jaakko Kahilaniemi / Université Aalto
Un nouveau projet de recherche de l’Université Aalto a reçu un financement de 1,5 million d’euros du Conseil européen de la recherche (ERC) pour améliorer la prédiction des dommages causés par les rayonnements dans les semi-conducteurs. La nouvelle méthode pourrait augmenter la durée de vie des équipements et favoriser l’introduction de nouveaux matériaux dans divers composants électroniques.
À l’heure actuelle, les dommages causés par les radiations sont généralement prédits à l’aide de résultats de recherche empiriques. Les chercheurs de l’Université Aalto visent à prédire et à expliquer les dommages à l’aide de la physique fondamentale, c’est-à-dire des modèles mathématiques qui expliquent le phénomène.
«Nous effectuerons des simulations informatiques basées sur des modèles de mécanique quantique, qui peuvent être utilisés à la fois pour expliquer et prédire la formation des dommages et leur structure», explique le professeur assistant Andréa Sandqui a reçu le financement.
Les chercheurs compareront les prédictions de la simulation avec les résultats de tests empiriques, tels que des images au microscope électronique. Cela leur permet de confirmer la justesse des prédictions de la simulation et de mieux comprendre l’origine et la nature des dommages.
«Comme la simulation est basée sur les concepts et les modèles de la physique, elle explique également le phénomène en question. Ce n’est pas toujours possible avec seulement des expériences empiriques.
Se libérer des limites des matériaux d’aujourd’hui
Aujourd’hui, le silicium est le matériau semi-conducteur le plus utilisé. Elle a joué un rôle clé dans l’augmentation spectaculaire de la puissance de calcul des ordinateurs ces dernières années, mais nous atteignons aujourd’hui ses limites.
«Le potentiel du silicium a été presque entièrement exploité. Sand explique que nous recherchons maintenant de nouveaux matériaux encore meilleurs.
Remplacer le silicium dans les applications pour les environnements à forte intensité de rayonnement n’est pas exempt d’obstacles, car la fonctionnalité des nouveaux matériaux dans de telles conditions est encore largement un mystère. C’est là que les recherches de Sand peuvent aider : si les chercheurs apprennent à prédire les dommages causés par les radiations sur la base de modèles mathématiques au lieu d’expériences empiriques, l’apprentissage du comportement des nouveaux matériaux peut devenir beaucoup plus rapide et plus facile.
«La détermination expérimentale de la résistance aux rayonnements de nouveaux matériaux est coûteuse et prend du temps. Si – et quand – nous parvenons à modéliser de manière fiable les dommages causés par les radiations dans les semi-conducteurs que nous utilisons actuellement, en partant des principes fondamentaux de la physique, nous pouvons alors passer à l’étape suivante et faire de telles prédictions également pour les nouveaux matériaux. La prédiction computationnelle réduit considérablement la charge expérimentale.
La source: Université Aalto
