Nouvelle approche pour cultiver du nitrure de bore cubique :

Siddha Pimputkar, chercheur en matériaux à l'Université de Lehigh, remporte le prix NSF CAREER pour développer une nouvelle méthode de culture de nitrures monocristallins en vrac - une avancée qui pourrait conduire à des dispositifs électroniques plus efficaces et moins coûteux et à des outils de fabrication innovants

Université Lehigh

image : Siddha Pimputkar, professeur adjoint en science et ingénierie des matériaux à l'Université de Lehigh, a remporté un prix NSF CAREER pour sa proposition "Synthèse de nitrure via une décomposition contrôlée de précurseurs sous pression modérée".Voir plus

Crédit : Université Lehigh

Chaque discipline a son Saint Graal. Pour Siddha Pimputkar, professeur adjoint de science et d'ingénierie des matériaux au PC Rossin College of Engineering and Applied Science de l'Université Lehigh, il s'agit de nitrure de bore cubique.

Les nitrures sont un large ensemble de composés chimiques dans lesquels un atome d'azote est lié à un autre élément tel que le gallium ou le bore, ou à la plupart des métaux.

Certains de ces nitrures sont des semi-conducteurs puissants, plus efficaces que le silicium, omniprésents dans presque tous les appareils que vous allumez ou branchez. Certains nitrures rivalisent avec le diamant dans leur dureté. Certains sont également capables de travailler dans des environnements extrêmes. Et certains, comme le nitrure de bore cubique, peuvent faire toutes ces choses.

"Comparé au silicium, le nitrure de bore cubique a le potentiel de fonctionner dans des conditions plus extrêmes, notamment des tensions et des courants plus élevés, comme ceux que l'on trouve dans le réseau électrique", explique Pimputkar. « Plus la tension à laquelle vous pouvez fonctionner est élevée, moins il faut de courant pour fournir la même quantité d’énergie. Tout comme les lignes de transport d’électricité, nous souhaitons fonctionner aux tensions les plus élevées possibles afin de réduire la quantité de courant circulant dans le système et, par conséquent, de réduire la chaleur perdue générée en raison des inefficacités du système. Ceci, à son tour, permet d’éliminer ou de réenvisager des composants entiers de circuits, réduisant ainsi la taille de ces convertisseurs de puissance électrique, et donc leur coût.

Par exemple, dit-il, « une application concerne les véhicules hybrides ou électriques, dans lesquels vous n'auriez pas besoin de systèmes de refroidissement actifs, y compris les ventilateurs et les commandes associées, pour maintenir les systèmes de contrôle de puissance au frais comme vous le faites avec une technologie à base de silicium. Vous pouvez éliminer cette complexité et ces points de défaillance car les propriétés du nitrure de bore cubique lui permettent de fonctionner à des tensions et des températures beaucoup plus élevées, ce qui rend le refroidissement passif acceptable.

En tant que matériau, les nitrures ont un potentiel passionnant et considérable. Ils sont aussi très très difficiles à réaliser.

Mais la proposition de Pimputkar visant à développer un système innovant pour y parvenir a récemment obtenu le soutien du programme CAREER (Faculty Early Career Development) de la National Science Foundation.

Le prestigieux prix NSF CAREER est décerné chaque année à de jeunes professeurs à travers les États-Unis qui illustrent le rôle des enseignants-chercheurs par des recherches exceptionnelles, une excellente éducation et l'intégration de l'éducation et de la recherche. Chaque bourse offre un soutien stable d'un montant d'environ 500 000 $ pour une période de cinq ans.

Cristaux de « cuisson sous pression »

Dans ce projet, Pimputkar tentera de surmonter un problème complexe et de longue date – l’incapacité de cultiver de gros nitrures monocristallins à moindre coût et sans défauts – et sera ensuite en mesure d’étendre cette croissance.

La taille compte, explique Pimputkar, car à chaque augmentation du diamètre d'un cristal, le coût final des composants électroniques tels que les convertisseurs de puissance utilisés pour charger les ordinateurs portables et les téléphones diminue. (Une fois développé, un cristal ressemble à un morceau de matière solide, qui est ensuite découpé en fines tranches rondes qui forment la plate-forme de fabrication de puces électroniques de puissance. Plus la tranche est grande, plus vous pouvez fabriquer de puces en une seule étape de traitement, ce qui en fait chaque puce moins cher.)

Les défauts comptent évidemment. Les atomes à l'intérieur du cristal doivent être parfaitement orientés les uns par rapport aux autres, et chaque voisin doit appartenir à un élément spécifique, dit-il, car toute déviation affectera négativement les performances et les capacités du matériau, et donc de l'électronique.