En labo, un film carbone de 0,8 nm pourrait remplacer deux couches

Sur un wafer de 4 pouces, des chercheurs de la National University of Singapore ont fait croître un film de carbone de moins d’un nanomètre d’épaisseur, réparti uniformément autour de structures structurées. La couche de 0,8 nanomètre pourrait remplir deux fonctions aujourd’hui assurées par des matériaux distincts dans le câblage des puces : isoler les lignes de cuivre et empêcher le cuivre de se diffuser dans l’isolant environnant.

L’équipe, dirigée par Barbaros Oezyilmaz, professeur à NUS, a mesuré une constante diélectrique — la valeur k qui indique l’intensité de la réponse d’un matériau à un champ électrique — de 1,35 entre 0,8 et 2,7 nanomètres. Des valeurs plus faibles réduisent les interférences entre signaux voisins, un problème qui s’aggrave à mesure que les espaces entre les fils passent sous les 10 nanomètres. Le film est amorphe, c’est-à-dire que ses atomes ne suivent aucun arrangement répétitif ; selon NUS, ce désordre limite la liberté de réaction des électrons à un champ électrique et contribue à maintenir une faible valeur k, même à une épaisseur extrêmement réduite.

La deuxième fonction consiste à contenir le cuivre. Celui-ci peut migrer dans l’isolant et créer des chemins électriques indésirables ; les conceptions de puces ajoutent donc généralement une barrière distincte, souvent en nitrure de tantale. Lors d’essais accélérés, le film de carbone a bloqué les ions de cuivre. Sa durée de vie projetée à un champ électrique de fonctionnement typique dépassait la référence correspondant à une durée de service de 10 ans, et était plus de 100 fois supérieure à la projection correspondante pour le nitrure de tantale.

Le matériau a également résisté à des champs électriques de 28–31 mégavolts par centimètre avant de perdre ses propriétés isolantes. NUS a mesuré une dureté d’environ 100 gigapascals, soit au moins 10 fois celle du dioxyde de silicium. L’équipe l’a déposé par dépôt chimique en phase vapeur à moins de 300 degrés Celsius, directement sur du dioxyde de silicium, du cuivre et du cobalt, notamment sur les flancs et les angles de structures structurées.

Qu’est-ce que cela changerait en pratique ? Si le film fonctionne dans de futurs procédés de fabrication, la combinaison des fonctions d’isolation et de barrière au cuivre pourrait libérer des fractions de nanomètre pour élargir les lignes de cuivre. Des lignes plus larges présentent une résistance moindre, ce qui pourrait accélérer la circulation des données tout en réduisant la consommation d’énergie — notamment dans les processeurs destinés à l’intelligence artificielle, très gourmands en données. Pour l’instant, il s’agit d’un résultat de laboratoire sur les matériaux, publié dans Nature Electronics le 18 août 2026, et non de la preuve qu’une puce est déjà fabriquée ou déployée.