La percée historique de la Chine dans le domaine des semi-conducteurs

Des chercheurs de l'Université de Pékin ont développé une méthode pour produire en masse des puces en séléniure d'indium (InSe), le « semi-conducteur d'or ».

Malgré le battage médiatique évident, il ne fait aucun doute que l’IA et les semi-conducteurs sont des moteurs clés du progrès scientifique et technologique pour le monde dans les décennies à venir.

Alors que les puces à base de silicium se rapprochent de leurs limites physiques, l'industrie recherche désespérément des alternatives pour poursuivre les progrès définis par la loi de Moore - la tendance que le cofondateur d'Intel, Gordon Moore, a identifiée en 1965, prédisant que le nombre de transistors doublerait environ tous les deux ans avec des augmentations de coûts minimales.

De nouveaux matériaux sont explorés pour remplacer le silicium sur lequel sont construits les semi-conducteurs d’aujourd’hui.

Les puces photoniques, utilisant des photons (particules lumineuses) pour le traitement et le transfert de données, constituent une option. Une autre option consiste à utiliser des matériaux à large bande interdite tels que le nitrure de gallium (GaN), le carbure de silicium (SiC) et le séléniure d'indium (InSe) pour remplacer le silicium et ainsi traiter et transférer les données plus rapidement et plus efficacement. Ce sont les semi-conducteurs de troisième génération.

Tout comme le silicium, les semi-conducteurs de troisième génération utilisent les électrons pour le traitement des données, mais grâce à leurs propriétés physiques, ils offrent des performances supérieures avec une consommation énergétique réduite. De nombreuses technologies de traitement utilisées dans la production de puces en silicium peuvent être utilisées pour la production de puces de troisième génération.

La Chine a investi massivement dans les semi-conducteurs photoniques et de troisième génération, en particulier depuis que l’embargo technologique américain a affecté sa capacité à fabriquer des puces de silicium de pointe.

Ses progrès dans la fabrication de semi-conducteurs à base de nitrure de gallium (GaN) ont permis à Pékin de devenir le leader mondial de la technologie des radars militaires. https://huabinoliver.substack.com/p/chinas-rare-earth-ban-is-widening

Parmi les matériaux de troisième génération, le séléniure d'indium (InSe) a longtemps été appelé le « semi-conducteur d'or » car il offre une combinaison idéale de propriétés : faible masse effective, mobilité électronique élevée, vitesse thermique élevée, bande interdite adaptée aux transistors et un profil qui peut être ultra-mince.

Cependant, son intégration à l'échelle de la plaquette reste difficile en raison de la difficulté de maintenir précisément un rapport atomique de 1:1 entre l'indium et le sélénium lors de la synthèse (appelée croissance cristalline). Les méthodes traditionnelles n'ont produit que des paillettes microscopiques, insuffisantes pour des applications électroniques pratiques.

Dans une avancée historique, les chercheurs du Centre international des matériaux quantiques de l'Université de Pékin, en collaboration avec l'Université Renmin, ont réalisé « une percée historique dans la croissance cristalline », selon les critiques du magazine Science où la recherche a été publiée en juillet.

L'équipe a fabriqué avec succès des semi-conducteurs en séléniure d'indium (InSe) bidimensionnels (2D) à l'échelle d'une plaquette.

Dirigée par le professeur Liu Kaihui, l’équipe a développé une nouvelle stratégie de croissance « solide-liquide-solide » qui surmonte les obstacles de longue date dans la fabrication de semi-conducteurs 2D.

Publiée dans la revue Science sous le titre « Wafers de séléniure d'indium bidimensionnels pour l'électronique intégrée », l'étude démontre des performances électroniques exceptionnelles, surpassant tous les dispositifs à base de films 2D précédemment rapportés.

Les transistors InSe fabriqués présentent une mobilité électronique ultra-élevée et une oscillation sous-seuil proche de la limite de Boltzmann à température ambiante, établissant une nouvelle référence pour les semi-conducteurs 2D.

Cette avancée ouvre une nouvelle voie pour le développement de puces de nouvelle génération, hautes performances et basse consommation, qui devraient être largement appliquées dans des domaines de pointe tels que l'intelligence artificielle, la conduite autonome et les terminaux intelligents à l'avenir.

Lorsque la nouvelle technologie de puce InSe atteindra sa maturité et entrera en production de masse, la Chine aura non seulement remporté la guerre des puces, mais aura également « quitté le champ de bataille » en maîtrisant une nouvelle loi de la physique atomique.

Rares sont ceux qui seront surpris d’apprendre que la Chine domine l’approvisionnement mondial en indium et, par extension, contrôle une grande partie de la chaîne d’approvisionnement du séléniure d’indium, car l’indium est sa principale matière première.

Bien que l'indium ne soit pas un élément des terres rares, la Chine détient une part mondiale dominante de plus de 60 %, ce qui découle de sa vaste capacité de production et de raffinage, le métal étant principalement extrait comme sous-produit de la fusion du zinc et du plomb.

Si cette avancée ne signifie pas la fin du silicium pour autant, elle représente un véritable bond stratégique. Elle montre que, tandis que l'Occident s'attache à bloquer le paradigme technologique actuel, la Chine s'emploie activement à inventer le prochain.

Le succès de l’équipe de recherche chinoise révèle une histoire profonde sur l’avenir de la technologie, de la géopolitique et des matériaux mêmes qui alimenteront notre monde.

Voyons comment cette percée est réalisée, ce qu’elle signifie pour la Chine et l’avenir des semi-conducteurs.

Au cœur de la percée chinoise dans le domaine des plaquettes InSe

L'InSe est un matériau bidimensionnel (2D), ce qui signifie qu'il peut former des couches stables de quelques atomes d'épaisseur seulement. Pour fonctionner comme semi-conducteur haute performance, il nécessite un rapport atomique parfait d'indium et de sélénium. Tout écart crée des défauts qui altèrent ses propriétés électroniques.

Contrairement au silicium, qui est un élément robuste et indulgent qui peut être poli et dopé jusqu'à sa soumission, l'InSe est impitoyable.

La réussite des scientifiques chinois a permis de résoudre ce problème. Leur méthode innovante consiste à chauffer un film d'InSe amorphe et de l'indium solide dans un environnement étanche. L'indium vaporisé crée une interface liquide qui permet la formation de cristaux d'InSe de haute qualité et atomiquement parfaits, grâce à un processus autocorrecteur.

Ils ont surtout réussi à faire passer ce matériau de flocons microscopiques de laboratoire à des plaquettes de 5 centimètres et à construire des réseaux de transistors fonctionnels, prouvant ainsi qu'il est de « qualité industrielle ».

Il s’agit d’une étape essentielle pour faire passer un matériau du laboratoire à l’usine, un goulot d’étranglement qui a bloqué de nombreux candidats post-silicium prometteurs.

La promesse d'un semi-conducteur « en or »

L'InSe, souvent qualifié de semi-conducteur « doré », est depuis longtemps l'un des principaux candidats pour remplacer le silicium comme matériau des futurs semi-conducteurs, alors que le silicium atteint ses limites physiques.

Premièrement, sa mobilité électronique (la vitesse à laquelle les électrons le traversent) est exceptionnellement élevée, bien supérieure à celle du silicium. Cette grande mobilité électronique se traduit directement par des vitesses de commutation plus rapides et des processeurs plus puissants.

Les recherches montrent que les transistors fabriqués avec ce matériau pourraient tripler la vitesse de commutation intrinsèque de la technologie actuelle du silicium 3 nm tout en améliorant l'efficacité énergétique d'un ordre de grandeur.

Deuxièmement, contrairement au graphène, un « matériau miracle », qui n’a pas de bande interdite naturelle et ne peut donc pas être facilement « désactivé », l’InSe est un véritable semi-conducteur avec une bande interdite réglable, ce qui le rend adapté à la logique numérique.

Enfin, sa nature atomiquement mince permet un contrôle de grille supérieur, atténuant les « effets de canal court » qui affectent les transistors au silicium modernes et provoquent des fuites de puissance.

Vérification de la réalité : le silicium n’est pas mort

Bien sûr, il est bien trop tôt pour annoncer la fin de la chaîne d'approvisionnement actuelle des semi-conducteurs à base de silicium. Créer une plaquette parfaite n'est que la première étape, certes cruciale, mais cruciale. La magie d'une puce moderne réside dans la structuration de milliards de transistors sur cette plaquette avec une précision nanométrique.

Ce processus dépend d’un écosystème incroyablement complexe et coûteux que la Chine n’a pas encore maîtrisé au niveau national, y compris les machines de lithographie EUV.

Par ailleurs, l'industrie mondiale des semi-conducteurs est un mastodonte de plusieurs milliards de dollars, bâti sur une infrastructure à base de silicium optimisée au cours des 50 dernières années. La plaquette d'InSe de 5 cm est une preuve de concept remarquable, mais elle est loin d'égaler les plaquettes de 12 pouces, la norme dans les usines modernes.

La transition de l'industrie vers de nouveaux matériaux prendra des années et coûtera des centaines de milliards de dollars, avec des défis considérables en termes de rendement, de coût et de fiabilité. Le silicium restera le fer de lance du monde numérique dans un avenir proche.

Il ne s'agit pas d'un coup de grâce, mais d'un saut stratégique pour offrir une voie alternative supérieure.

La véritable importance de cette avancée n’est pas de rendre le silicium obsolète, mais de fournir à la Chine une voie puissante et à l’abri des sanctions pour développer une technologie de nouvelle génération pour des secteurs stratégiques clés où la performance est primordiale et le coût secondaire :

• Militaire et aérospatial : Il s’agit du domaine d’impact le plus immédiat et le plus critique. Pour des applications telles que les radars avancés, les systèmes de guerre électronique et les communications par satellite, les puces à base d’InSe pourraient offrir un avantage décisif en termes de performances. En développant une capacité souveraine dans un matériau « au-delà du silicium », la Chine peut construire du matériel militaire spécialisé et de pointe, indépendant des technologies occidentales.
• IA, Cloud et calcul haute performance : La principale menace commerciale pèse sur la domination d’entreprises comme Nvidia. Un accélérateur d’IA natif InSe pourrait offrir des performances de calcul supérieures par watt, un indicateur essentiel dans les centres de données énergivores qui alimentent la révolution du cloud et de l’IA. Un accélérateur d’IA natif InSe pourrait permettre aux entreprises chinoises de construire des supercalculateurs d’IA puissants, performants et entièrement nationaux – une priorité nationale essentielle.
• Électronique grand public et dispositifs médicaux : À plus long terme, les propriétés uniques d’InSe ouvriront la voie à de nouvelles catégories de produits. Sa flexibilité supérieure le rend idéal pour les écrans pliables et l’électronique portable, tandis que sa sensibilité et sa faible consommation d’énergie le rendent idéal pour les capteurs médicaux avancés et les objets connectés (IoT). La flexibilité, la sensibilité et la faible consommation d’énergie d’InSe créent un marché où la Chine pourrait dépasser les technologies existantes et ouvrir de nouvelles perspectives d’innovation.
• Impact sur les fabricants de puces existants : Les acteurs historiques ne sont pas obsolètes, mais ils sont prévenus. Des entreprises comme Nvidia, TSMC et Intel doivent accélérer leur R&D sur les matériaux 2D pour éviter d'être dépassées. Les fabricants d'équipements comme ASML trouveront toujours un marché, car les futures usines InSe auront besoin d'outils de lithographie. Mais ils doivent collaborer avec Pékin, qui contrôle la propriété intellectuelle de base de la conception des puces ainsi que la chaîne d'approvisionnement en matières premières. Comme mentionné précédemment, la Chine domine l'approvisionnement mondial en indium avec plus de 60 % de parts de marché grâce à son importante capacité de fusion du zinc et du plomb.

Les véritables perdants sont les sanctions, conçues pour piéger la Chine dans le paradigme du silicium, qu’elle a désormais un moyen crédible de contourner.

La Chine n'a pas tué la puce de silicium. Cependant, la vérité est indéniable : une avancée scientifique majeure a eu lieu, et ses implications géopolitiques sont profondes.

La Chine n’a pas mis fin à la guerre des puces, mais elle a ouvert avec succès un nouveau front – un front combattu non pas avec la géopolitique et les chaînes d’approvisionnement, mais avec la science fondamentale des matériaux.

Cette réussite est un signal clair qu’une stratégie basée uniquement sur le fait de contenir l’accès d’un adversaire à la technologie existante est vouée à l’échec.

L’avenir de l’informatique ne sera pas seulement déterminé par celui qui saura graver les plus petites lignes sur le silicium, mais aussi par celui qui saura maîtriser les subtilités atomiques des matériaux qui le remplaceront.

Par Hua Bin • 2 octobre 2025

Source : Substack