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Une puce informatique entièrement graphène pourrait nous aider à dépasser le goulot d’étranglement du cuivre et du silicium de 22 nm – High-teK.ca

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En 2015 – dans un peu plus d’un an – la feuille de route technologique internationale pour les semi-conducteurs (ITRS), qui est établie par les meilleurs experts de l’industrie, prédit que le câblage en cuivre qui relie les milliards de transistors dans un CPU ou un GPU moderne peut tout simplement ‘t être miniaturisé plus loin. Les fils de cuivre ne peuvent devenir si minces avant que la résistance accrue et d’autres problèmes de fabrication ne les rendent inutilisables. Le graphène, cependant, en raison de son statut de matériau miracle, n’est pas entravé par les mêmes restrictions chétives que le cuivre et pourrait théoriquement se réduire à une poignée de nanomètres ou moins, permettant la création de puces informatiques qui sont des ordres de magnitude plus dense et puissante, tout en consommant moins d’énergie.

En 2011, IBM a construit ce qu’il a appelé le premier circuit intégré au graphène, mais en réalité, cela ressemblait plus à un transistor à effet de champ au graphène (FET) et à une inductance connectés avec d’autres composants CMOS standard, tels que des fils de cuivre ordinaires. Maintenant, une équipe de l’Université de Californie à Santa Barbara (UCSB) a proposé la première puce entièrement en graphène, où les transistors et les interconnexions sont configurés de manière monolithique sur une seule feuille de graphène.

Modèle de circuit intégré tout graphène de l'UCSB

Dans un document de recherche intitulé « Proposition de circuits logiques monolithiques entièrement graphènes », les chercheurs de l’UCSB affirment que « des dispositifs et des interconnexions peuvent être construits en utilisant le » même matériau de départ « – le graphène » et, peut-être plus excitant, « tout graphène les circuits peuvent surpasser les performances statiques des dispositifs métal-oxyde-semi-conducteur complémentaires de 22 nm. Pour construire un circuit intégré entièrement graphène (photo ci-dessus), les chercheurs proposent d’utiliser l’une des qualités intéressantes du graphène, à savoir qu’en fonction de son épaisseur, il se comporte de différentes manières. Les rubans étroits de graphène sont semi-conducteurs, idéaux pour fabriquer des transistors, tandis que les rubans plus larges sont métalliques, idéaux pour les grilles et les interconnexions.

Pour l’instant, la conception de l’UCSB n’est que cela – un modèle informatique qui devrait techniquement fonctionner, mais qui n’a pas encore été construit. En théorie, cependant, avec les efforts mondiaux pour améliorer la production et la structuration de graphène de haute qualité, nous devrions être en mesure de construire un circuit intégré entièrement graphène dans les prochaines années. Même dans ce cas, il faudra encore beaucoup de temps pour passer du prototype de laboratoire à la production commerciale à grande échelle – peut-être une décennie ou plus. Pour le moment, la mobilité électronique plus élevée des semi-conducteurs III-V par rapport au silicium devrait fournir une solution palliative à la miniaturisation continue et aux exigences d’ultra-basse consommation de l’informatique moderne. Lorsque les circuits intégrés de graphène décollent enfin, nous avons vitesses de commutation térahertz et des densités de transistors dans les dizaines de milliards à espérer.

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Document de recherche: dx.doi.org/10.1063/1.4818462 – « Proposition de circuits logiques monolithiques tout graphène »

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