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Des chercheurs créent un transistor graphène programmable 30 nm compatible CMOS

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Les ingénieurs en électronique des centres de recherche japonais GNC et AIST ont créé avec succès des transistors en graphène qui sont construits et fonctionnent d’une manière qui redéfinit 50 ans de développement de transistors. Ces transistors au graphène peuvent être construits à l’aide de processus CMOS conventionnels et pourraient potentiellement être plusieurs fois plus petits, des centaines de fois plus rapides et consommer beaucoup moins d’énergie que les transistors au silicium.

La conception de base du transistor est restée pratiquement inchangée depuis sa découverte aux Bell Labs en 1947 : vous avez deux bornes (généralement une source et un drain) et une grille au milieu. En appliquant un courant à la grille, l’électricité circule entre la source et le drain. Cette conception a résisté à la miniaturisation la plus spectaculaire que l’humanité ait jamais vue – des longueurs de porte mesurées en centimètres à quelques nanomètres – mais, malheureusement, elle ne fonctionne pas avec les portes en graphène. (Voir: Au-delà de 22 nm : les processus et équipements utilisés pour réduire le silicium à ses limites théoriques.)

Le transistor graphène à deux grilles

Le graphène, comme vous le savez peut-être maintenant, est le matériau le plus impressionnant sur Terre. C’est le matériau le plus solide jamais découvert, et aussi le plus conducteur d’électricité. Les transistors construits avec du graphène pourraient potentiellement être des centaines ou des milliers de fois plus rapides que leurs homologues en silicium et résister à une miniaturisation encore plus poussée jusqu’à des longueurs de grille de quelques nanomètres seulement. Le problème, cependant, est que la grille d’un transistor doit être constituée d’un semi-conducteur – et le graphène pur est tout sauf cela. Ce qui nous amène parfaitement à ce nouveau transistor fondamentalement différent de GNC et AIST.

Au lieu d’une porte, le transistor japonais a deux portes (photo ci-dessus) – et, pour créer un espace de transport (bandgap), le graphène entre les deux portes est irradié avec des ions d’hélium pour introduire des défauts cristallins. En appliquant un petit courant aux deux grilles, la bande interdite du graphène peut être manipulée. Lorsque la polarité (positive/négative) appliquée aux deux grilles est la même, le transistor devient passant ; lorsque les polarités sont différentes, le transistor est bloqué. Curieusement, en appliquant différentes polarités à chacune des portes, le graphène peut être commuté entre les types n et p – en d’autres termes, le transistor peut en fait voir son comportement modifié entre les modes nFET et pFET au moment de l’exécution. Un transistor conventionnel, bien sûr, est serti de pierre.

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Au-delà de sa nouvelle conception, l’aspect le plus remarquable du transistor japonais est qu’il est compatible avec les techniques de fabrication CMOS conventionnelles (lithographie, dépôt en phase vapeur, etc.). Comme vous pouvez le voir sur l’image ci-dessous, le transistor de graphène de preuve de concept construit par GNC et AIST sont absolument minuscules, avec une largeur de grille de seulement 30 nm. Comparez cela avec un autre transistor au graphène dont nous avons parlé l’année dernière, qui faisait 100 000 nm de large. Il est presque inouï que des groupes de recherche sur le graphène commencent à une si petite échelle – mais c’est l’avantage d’utiliser des techniques CMOS hyper-avancées, plutôt que de partir de zéro.

Une vue microscopique et schématique du transistor japonais à deux grilles

À l’avenir, l’équipe de recherche tentera de créer une plaquette entière de transistors au graphène (pour voir si leur processus est commercialement évolutif), ils veulent améliorer la qualité du graphène qui est déposé (il est actuellement de très mauvaise qualité, en raison de l’hélium bombardement), et ils veulent également étudier le potentiel des transistors au graphène (et donc des puces informatiques) qui peuvent être contrôlés électriquement. Avec ces transistors en graphène à deux grilles, nous pourrions parler de processeurs programmables ultra-rapides et ultra-basse consommation – ce qui serait un développement assez important dans le domaine de l’informatique et un clou de taille dans le cercueil des puces en silicium .

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