Les nanotubes de carbone pourraient-ils remplacer le silicium dans les ordinateurs ?

La caractéristique des progrès de l'industrie électronique a été la capacité de presser de plus en plus de transistors sur des puces informatiques. Mais à mesure que les puces sont devenues plus denses, il est devenu plus délicat de réaliser leurs plus infimes caractéristiques avec la méthode traditionnelle, la photolithographie, dans laquelle la lumière est utilisée pour graver des motifs. D'ici 2020, les plus petites caractéristiques des puces pourraient être aussi minuscules que cinq nanomètres, contre 14 nanomètres aujourd'hui. C'est pourquoi l'idée de remplacer le silicium par des nanotubes, minuscules cylindres d'atomes de carbone, séduit depuis les années 1990. Ces tubes sont plus petits qu'un nanomètre de large, ce qui signifie qu'ils pourraient être emballés de manière très dense sur des puces. Et parce qu'ils ont une faible résistance électrique, les ordinateurs basés sur eux pourraient être plus performants et nécessiter moins d'énergie. Il a été difficile de mettre à l'échelle le matériau pour remplacer les milliards de transistors dans l'électronique d'aujourd'hui, ce qui nécessite d'aligner et d'espacer les nanotubes d'une manière très spécifique. Cependant, plusieurs laboratoires et entreprises pensent toujours que des puces à base de nanotubes seront commercialisées un jour. Voici une mise à jour sur leurs progrès.

Un rendu de la structure d'un nanotube de carbone.

Mise à l'échelle des structures

Une équipe de recherche dirigée par les professeurs de Stanford Subhasish Mitra et H.-S. Philip Wong a montré dans La nature en 2013 qu'ils avaient créé le premier ordinateur dont les transistors étaient entièrement fabriqués à partir de nanotubes de carbone ( voir The First Carbon Nanotube Computer ). Depuis lors, ces professeurs ont apporté quelques améliorations pour augmenter les performances. Ils comprennent ce que Wong appelle un puce de grande hauteur de deux couches de mémoire empilées enfermées entre deux transistors, que les chercheurs ont montré lors d'une réunion de l'Institut des ingénieurs électriciens et électroniciens en décembre dernier. Les chercheurs disposent également d'un nouvelle méthode pour fabriquer les puces, ce qui donne une densité et un taux de commutation marche-arrêt qui les rendent aussi bons que le silicium.

Dans un récent ACS Nano article, une équipe de l'Université du Wisconsin à Madison, dirigée par Michael Arnold et Padma Gopalan, a démontré une méthode de fabrication de réseaux de nanotubes de carbone à haute performance, un objectif de longue date des chercheurs. L'équipe a fabriqué une fine couche de nanotubes dans l'eau. Lorsque les chercheurs ont retiré un substrat de l'eau, la tension superficielle et l'évaporation ont provoqué l'alignement des nanotubes sur le substrat.

IBM espère que les nanotubes de carbone pourraient être utilisés dans les transistors commerciaux d'ici 2020. Pour rendre cela pratique, plusieurs problèmes doivent être résolus. La première est que les entreprises auront besoin d'un moyen de détecter de très légers changements dans les propriétés des nanotubes. George Tulevski, membre de l'équipe des nanotubes de carbone d'IBM, a récemment passé en revue les défis de ACS Nano .

Mémoire

Une application des nanotubes de carbone qui pourrait être plus proche de la réalisation pourrait être de les combiner avec des transistors en silicium dans des puces de mémoire. Une entreprise du Massachusetts, appelée Nantero, s'y intéresse depuis 2001. L'entreprise affirme qu'elle a déjà sorti sa technologie du laboratoire et l'a testée dans des installations de fabrication de puces. Avant que la mémoire à nanotubes puisse être utilisée dans des appareils commerciaux comme les téléphones ou les appareils portables, les entreprises devraient concevoir de nouveaux circuits pour cela. On ne sait pas quand cela pourrait se produire, mais le PDG et cofondateur de Nantero, Greg Schmergel, affirme que le travail est en cours et estime que certaines conceptions de circuits pourraient être réalisées d'ici l'année prochaine. L'année dernière, la société a annoncé que l'université de Chuo au Japon avait testé la technologie et je l'ai trouvée très fiable.

Le plat à emporter :

IBM pense que la technologie pourrait être suffisamment mature pour passer à une usine de fabrication de microprocesseurs d'ici quelques années. Cela conduirait à quelques années supplémentaires de travail de développement, ce qui impliquerait de tester des circuits plus avancés. Après cela, le produit pourrait être commercialisé.

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