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Circuits intégrés complexes en nanotubes de carbone
Les premiers circuits de nanotubes de carbone tridimensionnels, fabriqués par des chercheurs de l'Université de Stanford, pourraient être une étape importante dans la fabrication d'ordinateurs à nanotubes qui pourraient être plus rapides et utiliser moins d'énergie que les puces de silicium d'aujourd'hui. Un tel ordinateur est encore prévu dans au moins 10 ans, mais les travaux de Stanford montrent qu'il est possible de réaliser des circuits empilés à l'aide de nanotubes de carbone. Les circuits empilés accumulent plus de puissance de traitement dans une zone donnée et dissipent également mieux la chaleur perdue.
Circuit carbone : Ce circuit de nanotubes de carbone, qui est un élément de mémoire, est l'une des nombreuses conceptions possibles qui peuvent être réalisées avec de nouvelles méthodes.
Une étude récente d'IBM a montré que pour une consommation électrique totale donnée, un circuit en nanotubes de carbone est cinq fois plus rapide qu'un circuit en silicium. Nous pouvons fabriquer des transistors au silicium de plus en plus petits, mais à des dimensions extrêmement petites, ils n'affichent plus les performances souhaitées, déclare Zhihong Chen, responsable de la technologie carbone au Centre de recherche IBM Watson . Nous recherchons des matériaux alternatifs qui peuvent être mis à l'échelle de manière plus agressive tout en maintenant les performances de l'appareil.
Les chercheurs ont eu beaucoup de succès dans la fabrication de transistors à nanotubes uniques en laboratoire, mais les étendre pour créer des circuits complexes a été difficile car il est impossible de contrôler la qualité de chaque nanotube. Les conceptions du circuit de Stanford, qui ont été présentées la semaine dernière au Réunion internationale des dispositifs électroniques à Baltimore, permettent de créer des circuits de nanotubes plus complexes malgré les limites du matériau.
Lorsque nous traitons un grand nombre de composants à l'échelle nanométrique, nous ne pouvons pas exiger que tout soit parfait, dit H.-S. Philippe Wong , professeur de génie électrique à Stanford. Lorsque les chercheurs de Stanford cultivent des réseaux de nanotubes pour fabriquer des circuits, ils obtiennent un mélange de nanotubes semi-conducteurs et de nanotubes métalliques qui provoqueront des courts-circuits s'ils ne sont pas éliminés. Certains des nanotubes se développent en lignes droites, mais certains sont ondulés, et ceux-ci doivent également être contournés. Alors que les chimistes travaillent sur des méthodes de croissance de nanotubes purs et droits, la question des chercheurs de Stanford, dit Wong, est la suivante : comment pouvons-nous atténuer cela et nous assurer que le système fonctionne toujours ?
La réponse est de tenir compte des limitations des matériaux dans les conceptions de circuits. Nous devons trouver un moyen de construire avec les nanotubes métalliques afin qu'ils ne causent pas de problèmes, dit Subhasish Mitra , professeur de génie électrique et d'informatique à Stanford. Le groupe Stanford fait d'abord ce que Mitra appelle une mise en page stupide. À l'aide d'un tampon, les chercheurs transfèrent un réseau plat et aligné de nanotubes de carbone cultivés sur un substrat de quartz sur une plaquette de silicium. Ils recouvrent ensuite les nanotubes d'électrodes métalliques. À la surface de la plaquette, entre le silicium et les nanotubes, se trouve une couche isolante qui agit comme une porte arrière, permettant aux chercheurs d'éteindre les nanotubes semi-conducteurs avant d'utiliser les électrodes métalliques pour brûler les nanotubes métalliques avec un souffle d'électricité . Une porte supérieure est ajoutée, conçue de manière à ne pas se connecter à des tubes mal alignés. Les circuits sont ensuite gravés pour retirer les électrodes métalliques qui ne sont pas nécessaires pour la conception finale du circuit.
Pour créer un circuit tridimensionnel, les chercheurs répètent simplement les procédures d'estampage et de croissance d'électrodes pour empiler autant de couches que nécessaire avant le processus de gravure final. Le processus d'emboutissage des nanotubes, que le groupe de Stanford a démontré pour la première fois l'année dernière, est essentiel pour créer des couches empilées, car il peut être effectué à basse température qui ne fait pas fondre les contacts électriques métalliques dans les couches sous-jacentes.
Alors que les scientifiques des matériaux travaillent toujours sur la façon de cultiver des lots de nanotubes de carbone où chacun est semi-conducteur, le groupe de Stanford contourne le problème. Au lieu de griller un tube à la fois, ils le font au niveau du circuit, puis conçoivent les circuits intelligemment pour contourner les tubes grillés, explique Chen d'IBM.
Ils ont démontré de petits circuits simples, comme ce qui a été fait au milieu des années 1960 avec du silicium, dit Chekhar Borkar , membre d'Intel et directeur du laboratoire de technologie des microprocesseurs de l'entreprise. Le groupe Stanford a réalisé, par exemple, une simple calculatrice qui permet d'additionner et de stocker des nombres.
Le groupe de Stanford travaille actuellement à la réalisation de circuits intégrés toujours plus complexes. En ce qui concerne la complexité, il n'y a fondamentalement aucune barrière sur les nanotubes de carbone, dit Mitra. Cependant, les barrières matérielles demeurent. Les réseaux de nanotubes de Stanford sont parmi les plus denses jamais fabriqués, avec cinq à 10 nanotubes par micromètre, mais cela ne suffit pas. Nous avons besoin de 100 nanotubes par micromètre pour obtenir de très bonnes performances, explique Wong.