Des chercheurs de Stanford construisent des circuits complexes en nanotubes de carbone

Des chercheurs de l'Université de Stanford ont construit l'un des circuits les plus complexes à partir de nanotubes de carbone à ce jour. Ils ont présenté la semaine dernière un simple robot à poignée de main avec un circuit d'interface de capteur au Conférence internationale sur les circuits à semi-conducteurs à San Francisco.

Complexité carbone : Cette plaquette est modelée avec un circuit complexe de nanotubes de carbone qui sert d'interface de capteur.

Alors que les transistors au silicium à l'intérieur des ordinateurs d'aujourd'hui atteignent leurs limites physiques, l'industrie des semi-conducteurs envisage des alternatives, et l'une des plus prometteuses est celle des nanotubes de carbone. Les minuscules transistors fabriqués à partir de ces nanomatériaux sont plus rapides et plus économes en énergie que ceux en silicium, et les modèles informatiques prédisent que les processeurs à nanotubes de carbone pourraient être d'un ordre de grandeur moins gourmands en énergie. Mais il s'est avéré difficile de transformer des transistors individuels en circuits de travail complexes (voir Comment construire un nano-ordinateur).

Le circuit de démonstration de nanotubes de carbone convertit un signal analogique provenant d'un condensateur (le même type de capteur que l'on trouve dans de nombreux écrans tactiles) en un signal numérique compréhensible par un microprocesseur. Les chercheurs de Stanford ont monté une main de mannequin en bois avec l'interrupteur capacitif dans sa paume. Lorsque quelqu'un a saisi la main, allumant l'interrupteur, le circuit de nanotubes a envoyé son signal à l'ordinateur, qui a activé un moteur sur la main du robot, le déplaçant de haut en bas pour serrer la main de la personne.

D'autres chercheurs ont déjà démontré des circuits à nanotubes simples, mais c'est le plus complexe réalisé à ce jour, et cela démontre également que les transistors à nanotubes peuvent être fabriqués à des rendements élevés, dit Subhasish Mitra , professeur agrégé de génie électrique et d'informatique, qui a dirigé les travaux avec Philippe Wong , professeur de génie électrique à Stanford.

Le circuit des nanotubes est encore relativement lent - ses transistors sont gros et éloignés les uns des autres par rapport aux derniers circuits en silicium. Mais le travail est une démonstration expérimentale importante du potentiel de la technologie informatique des nanotubes de carbone.

Cela montre que les transistors à nanotubes de carbone peuvent être intégrés dans des circuits logiques qui fonctionnent à basse tension, dit Aaron Franklin , qui développe des nanotubes électroniques au IBM Watson Research Center. Cet exploit a été démontré par le groupe de Franklin au niveau d'un seul transistor, et s'est avéré théoriquement possible par d'autres, mais le voir dans un circuit complexe est important, dit Franklin.

Travailler avec des nanotubes de carbone présente de nombreux défis - jusqu'à 30 % d'entre eux sont métalliques plutôt que semi-conducteurs, avec le potentiel de griller un circuit. Les nanotubes ont également tendance à se développer dans un enchevêtrement de type spaghetti, ce qui peut provoquer une commutation imprévisible des circuits. L'approche adoptée par le groupe de Stanford consiste à travailler avec leurs imperfections, en proposant des techniques de conception de circuits tolérants aux erreurs qui leur permettent de construire des circuits qui fonctionnent même lorsque les matériaux de départ sont défectueux. Nous voulons augmenter la complexité du circuit, puis revenir à l'amélioration des méthodes de construction, puis créer des circuits plus complexes, explique Wong.

Ce n'est pas différent des premiers jours du silicium, dit Achraf Alam , professeur de génie électrique et informatique à l'Université Purdue. Par rapport à l'électronique des smartphones et superordinateurs à base de silicium d'aujourd'hui, les premiers transistors au silicium étaient de mauvaise qualité, tout comme les premiers circuits intégrés. Mais le silicium a surmonté ses difficultés de croissance et l'industrie des semi-conducteurs a perfectionné la construction de réseaux de circuits intégrés de plus en plus denses composés de transistors de plus en plus petits.

La variation et l'imperfection vont être l'air que nous respirons dans la technologie des semi-conducteurs, dit Wong, non seulement pour ceux qui travaillent avec de nouveaux matériaux, mais aussi pour la technologie conventionnelle du silicium. Les puces de pointe d'aujourd'hui utilisent des transistors de 22 nanomètres - des milliards sur chaque puce - et il y a très peu de variation dans leurs performances ; l'industrie des semi-conducteurs a maîtrisé la fabrication de ces minuscules dispositifs à des échelles énormes et avec des rendements très élevés.

La volonté de miniaturiser continuellement les transistors tout en maintenant un contrôle qualité scrupuleux a permis à des technologies allant des smartphones aux superordinateurs. Mais des défauts inévitables, au niveau des atomes isolés, conduiront bientôt à des variations de performances dont il faudra tenir compte dans la conception des circuits. Une conception tolérante aux erreurs doit faire partie de la voie à suivre, car nous n'obtiendrons jamais les matériaux complètement parfaits, déclare Wong.

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