IBM annonce une percée sur les transistors à nanotubes de carbone

Pendant des décennies, l'industrie des semi-conducteurs a emballé de plus en plus de transistors en silicium sur chaque puce informatique pour continuer à améliorer régulièrement les performances, mais ce processus atteindra bientôt ses limites physiques. Aujourd'hui, les chercheurs d'IBM affirment qu'une percée majeure en ingénierie donne des raisons d'être optimistes sur le fait qu'une alternative prometteuse aux transistors en silicium - les transistors à nanotubes de carbone - sera prête à temps pour prendre la place du silicium.

Cette micrographie colorée montre plusieurs transistors fabriqués à partir d'un seul nanotube de carbone. Les barres jaunes sont des électrodes métalliques de dimensions variables, et la faible ligne verticale à environ un tiers du chemin à partir du côté droit de l'image est le nanotube.

Les nanotubes de carbone, de minuscules cylindres constitués de feuilles de carbone enroulées d'une épaisseur d'atome, ont des propriétés électriques et thermiques très intéressantes et pourraient théoriquement constituer la base de circuits beaucoup plus rapides et plus économes en énergie que ceux en silicium d'aujourd'hui. Mais plusieurs défis de fabrication majeurs se dressent sur le chemin des dispositifs commerciaux basés sur des transistors à nanotubes. Les chercheurs d'IBM disent qu'ils ont compris comment surmonter l'un d'entre eux : comment combiner les nanotubes avec les contacts métalliques qui délivrent le courant électrique.

Les transistors à nanotubes sont une alternative prometteuse car à de très petites tailles ils sont plus efficaces que ceux au silicium. Mais les premiers appareils de démonstration basés sur des nanotubes (voir Le premier ordinateur à nanotubes) avaient des ordres de grandeur de moins de transistors que ce qui est nécessaire pour un appareil commercial, et ils ont utilisé des contacts métalliques relativement grands. Une puce commercialement viable pour un ordinateur hautes performances nécessiterait des milliards de transistors, et les contacts devraient être beaucoup plus petits. C'est un dilemme, car à cette échelle, les propriétés électriques du métal changent et il est plus difficile de faire entrer du courant dans les transistors pour les commuter. Plus les contacts deviennent petits, plus ce problème s'aggrave.

Les chercheurs ont résolu le problème en modifiant l'interface entre un nanotube et les deux contacts métalliques. Au lieu de les déposer au-dessus du tube, comme dans le schéma classique de construction des transistors à nanotubes, ils les ont placés aux extrémités du tube et les ont fait réagir avec le carbone pour former un composé chimique différent. En utilisant cette technique, le groupe a démontré que les contacts de moins de 10 nanomètres de long ne compromettaient pas les performances. (Les puces de silicium haut de gamme d'aujourd'hui ont des caractéristiques de 14 nanomètres.)

Le succès de la nouvelle méthode signifie que la capacité à fournir du courant aux transistors à nanotubes de carbone est désormais indépendante de la longueur des contacts métalliques, explique Wilfried Haensch, qui dirige le projet sur les nanotubes d'IBM Research. Il est maintenant clair qu'ils peuvent rendre les transistors aussi petits que nécessaire, dit-il, et c'est un grand pas vers l'objectif de l'entreprise d'avoir la technologie des nanotubes de carbone prête d'ici 2020 (voir IBM : Commercial Nanotube Transistors Are Coming Soon).

Des défis considérables demeurent, reconnaît Haensch. Il dit que les travaux récents ne surmontent qu'un des trois principaux obstacles qui s'opposent aux transistors à nanotubes de carbone commercialement viables. Une autre est que les nanotubes existent sous deux formes, métallique et semi-conductrice, mais seuls les semi-conducteurs sont utiles pour les transistors. Les ingénieurs doivent s'améliorer considérablement pour séparer les tubes métalliques des tubes semi-conducteurs. Le deuxième défi restant est de développer une méthode fiable et non lithographique pour placer des milliards de nanotubes exactement là où ils sont nécessaires sur une puce.

Il y a eu beaucoup de progrès sur le problème de la séparation, dit Michel Arnold , professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université du Wisconsin, qui n'a pas participé à la recherche. Le nouveau résultat d'IBM représente une stratégie fantastique pour résoudre le problème de contact, dit-il, bien qu'il souligne que les chercheurs n'ont jusqu'à présent montré qu'il fonctionne que pour l'un des deux types de transistors nécessaires pour effectuer des fonctions logiques complémentaires. Cependant, lorsqu'il s'agit d'aligner les nanotubes sur la puce, il reste encore beaucoup de travail à faire si la technologie doit vraiment déplacer le silicium, explique Arnold.

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