Le Laboratoire de physique des plasmas de Princeton organise un colloque international : approfondir les applications transversales des plasmas dans la fabrication des semi-conducteurs et la fusion nucléaire contrôlée

À l'occasion du 75e anniversaire de sa fondation, le Laboratoire de physique des plasmas de Princeton (Princeton Plasma Physics Laboratory, PPPL), rattaché au département de l'énergie des États-Unis (DOE), a organisé à l'automne 2026 le deuxième colloque international « Adopting Sustainable Partnerships for Innovative Research Ecosystem » (ASPIRE). Cette conférence, accueillie par le Conseil des matériaux appliqués et des sciences durables du laboratoire, a réuni des chercheurs de l'Université d'Osaka (Japon) et de l'Institut national des sciences et technologies d'Ulsan (UNIST, Corée du Sud), ainsi que des chercheurs du PPPL, pour examiner en priorité les applications croisées de pointe des plasmas et des sciences des matériaux avancés dans la fabrication microélectronique des semi-conducteurs et les dispositifs de fusion nucléaire.

Le colloque a donné lieu à des échanges approfondis autour de thèmes centraux tels que la simulation informatique, les systèmes de diagnostic et de mesure des plasmas, la gravure des plaquettes de semi-conducteurs, le contrôle assisté par intelligence artificielle, ainsi que le traitement par plasma des matériaux avancés pour l'électronique et le quantique. Igor Kaganovich, physicien chercheur principal au PPPL, a déclaré que le colloque visait à promouvoir une communication régulière et une complémentarité technique entre le PPPL et les équipes de recherche d'Asie de l'Est. En tant que l'un des rares laboratoires nationaux aux États-Unis à approfondir les mécanismes de micro-usinage par plasma, le PPPL, s'appuyant sur sa solide expérience dans le domaine de la physique des plasmas froids, favorise l'évolution de la fabrication des semi-conducteurs d'un modèle d'ingénierie reposant traditionnellement sur la « méthode par essais et erreurs » vers une conception fondamentale fondée sur une science physique de précision.

Actuellement, le PPPL érige la recherche en microélectronique en l'un des piliers stratégiques du laboratoire pour la prochaine décennie. Dans le plan annuel le plus récent du laboratoire, le PPPL a défini une feuille de route pour le développement de la microélectronique, comprenant un plan stratégique quinquennal en microélectronique, deux centres de recherche en microélectronique du département de l'énergie déjà en activité, ainsi que le complexe du Centre d'innovation plasma de Princeton (PPIC) en cours de construction. En outre, le laboratoire pilote des projets de recherche de pointe majeurs tels que « les matériaux bidimensionnels à plasma pour la microélectronique à haute efficacité énergétique » et « la détection en environnements extrêmes à base de diamant », en lien direct avec la stratégie du département de l'énergie des États-Unis visant à reconstruire la compétitivité nationale dans le domaine de la microélectronique.

Sur le plan de la collaboration industrielle, face à la croissance explosive de la construction mondiale de puces de calcul pour l'intelligence artificielle et d'usines de plaquettes avancées, le PPPL mène actuellement six projets de recherche et développement en partenariat public-privé (PPP) avec des leaders du secteur tels que Lam Research, Applied Materials, Samsung Electronics et Element Six. Les coopérations portent notamment sur l'optimisation des performances des technologies de mémoire flash, le développement d'outils de gravure de précision à l'échelle atomique pour les puces, l'amélioration des procédés de lithographie pour les couches nanométriques ultra-fines, ainsi que la mise au point de nouveaux matériaux de revêtement de surface permettant de simplifier la fabrication des transistors, réalisant ainsi une intégration profonde entre la recherche fondamentale de pointe et la chaîne de fabrication industrielle des semi-conducteurs.

Outre l'expansion dans le domaine de la microélectronique, la science des matériaux constitue également la pierre angulaire de la mission centrale du PPPL dans la fusion nucléaire par confinement magnétique. Les équipes de recherche du laboratoire étudient en profondeur les mécanismes d'application d'éléments fonctionnels tels que le lithium (Lithium) et le bore (Boron) dans les composants de première paroi face au plasma, afin de résister aux charges thermiques extrêmes de plusieurs dizaines de millions de degrés du cœur du réacteur de fusion et d'améliorer les performances de confinement du plasma. Hanna Schamis, chercheuse au PPPL, souligne que la recherche sur les interactions plasma-matériaux orientée vers l'ingénierie de la fusion présente un caractère hautement interdisciplinaire, et que les percées fondamentales en science des matériaux constitueront la condition préalable essentielle à l'aboutissement de la fusion nucléaire contrôlée vers une industrialisation commerciale.