Le silicium d'une épaisseur d'atome rend les transistors ultra-rapides

Une nouvelle forme de silicium exotique mais difficile à utiliser est envisagée comme un moyen de construire des puces informatiques beaucoup plus rapides. Et maintenant, ceux qui voient son potentiel peuvent revendiquer une victoire mineure en fabriquant les premiers transistors à partir de l'étoffe.

Une image au microscope à effet tunnel de silicène.

Le matériau en question, appelé silicène, se présente sous forme de couches de silicium d'une épaisseur d'un seul atome. Cette structure confère au matériau des propriétés électriques fantastiques, mais cela signifie également qu'il est diaboliquement difficile à produire et à travailler. Même tester ses propriétés de base en laboratoire s'est avéré difficile.

À présent Deji Akinwande , un ingénieur en informatique de l'Université du Texas à Austin, a compris comment travailler suffisamment bien avec ce matériau tenace pour fabriquer les premiers transistors en silice. Ses appareils, les premiers du genre, sont décrits aujourd'hui dans la revue Nanotechnologie de la nature , et ils tiennent la promesse du silicène en commutant avec une vitesse extraordinaire.

Un autre matériau d'épaisseur atomique, le graphène, qui est fabriqué à partir de carbone, a attiré l'attention ces dernières années pour ses propres propriétés électriques. L'attrait du silicène, dit Akinwande, est qu'il est fabriqué à partir de la matière sur laquelle la Silicon Valley a été construite. En théorie, il devrait être plus facile pour les fabricants de puces de travailler avec un nouveau matériau. Si nous pouvons en tirer de bonnes propriétés, cela peut être traduit immédiatement par l'industrie des semi-conducteurs, dit Akinwande.

En 2007, Lok Lew Yan Voon , un physicien du Citadel Military College de Caroline du Sud, qui a publié certains des premiers travaux théoriques sur le silicène, a calculé que les propriétés électriques du matériau devraient être similaires à celles du graphène. En théorie, les électrons peuvent traverser à la fois le graphène et le silicène sans rencontrer autant d'obstacles, permettant des circuits très rapides.

Contrairement au graphène, cependant, le silicène ne se produit pas naturellement. Il doit être cultivé en laboratoire sur une feuille d'argent. Le carbone est également plus stable sous sa forme bidimensionnelle, alors que les atomes de silicium sont sous contrainte sous cette forme. À ce jour, seule une poignée de groupes ont réussi à fabriquer du silicène en laboratoire. Un groupe, en France, a fait pousser un ruban nanométrique de ce matériau en 2010. Quelques autres ont réussi à fabriquer le matériau en 2012.

Une fois le silicène fabriqué, son instabilité oblige à le protéger, ce qui le rend difficile à travailler. Akinwande a trouvé un moyen de contourner ce problème en faisant pousser du silicène sur un mince film d'argent recouvert d'oxyde d'aluminium. Le tout est ensuite décollé, puis placé sur une plaquette de dioxyde de silicium avec le côté argenté vers le haut. Enfin, l'argent est modelé pour créer les contacts électriques d'un transistor. Une fois le dispositif terminé, il est stable dans des conditions de vide.

Cela pourrait ne pas s'avérer commercialement pratique, mais c'est une première démonstration importante, dit Lok. Les performances des transistors sont également conformes aux prédictions théoriques sur l'autoroute rapide du silicène pour les électrons. Ils ont réussi à faire ce que beaucoup de gens ont essayé de faire, dit-il.

Cette démonstration est particulièrement importante car il y a eu un scepticisme quant au potentiel du silicène, dit Patrick Vogt , chercheur à la Technische Universität Berlin et l'un des rares chercheurs qui ont réussi à cultiver le matériau. Vogt travaille actuellement sur de nouvelles méthodes de fabrication.

Fengnian Xia, ingénieur électricien à l'Université de Yale qui développe des composants électroniques basés sur le graphène, le phosphorène et d'autres matériaux bidimensionnels, pourrait être considéré comme l'un des sceptiques. Il dit que les résultats des transistors rapportés par le groupe texan semblent bons et représentent une grande avancée scientifique. Mais en ce qui concerne le potentiel commercial du silicène, Xia dit qu'il n'est pas convaincu qu'il serait plus facile à commercialiser que le graphène, ou qu'il peut faire tout ce que le graphène ne peut pas faire.

Vogt dit que le silicène ne remplacera probablement pas entièrement le silicium, mais il pourrait ajouter de nouvelles fonctionnalités aux puces d'aujourd'hui. Cela montre que vous pouvez réellement faire quelque chose avec du silicène, dit-il.

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