Les transistors à nanotubes les plus petits jamais réalisés surpassent le silicium

Le plus petit transistor à nanotubes de carbone jamais fabriqué, un dispositif de neuf nanomètres, fonctionne mieux que tout autre transistor de cette taille.

Porte nano : Une illustration conceptuelle montre un nanotube positionné entre la source et le drain d'un transistor.

Pendant plus d'une décennie, les chercheurs ont promis que les nanotubes de carbone, avec leurs propriétés électriques supérieures, feraient de meilleurs transistors à des tailles toujours plus petites, mais cette affirmation n'avait pas été testée en laboratoire à ces extrêmes. Les chercheurs d'IBM qui ont fabriqué les transistors à nanotubes affirment qu'il s'agit de la première preuve expérimentale que tout matériau est un remplacement potentiel viable du silicium à une taille inférieure à 10 nanomètres.

Les résultats mettent vraiment en évidence la valeur des nanotubes dans le type de transistors le plus sophistiqué, selon John Rogers , professeur de science des matériaux à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign. Ils suggèrent très clairement que les nanotubes ont le potentiel de faire quelque chose de vraiment compétitif ou complémentaire au silicium.

Le rétrécissement des transistors au silicium au cours des dernières décennies a réduit le coût de l'électronique et conduit à plus de puissance de traitement avec moins de consommation d'énergie. Mais la réduction de la taille de l'électronique au silicium pourrait se heurter à un barrage routier à environ 10 nanomètres, selon Aaron Franklin , chercheur au IBM Watson Research Center à Yorktown Heights, New York. Nous atteignons maintenant les limites physiques, dit-il. À mesure que les transistors sont plus petits, il devient plus difficile de contrôler la façon dont les électrons se déplacent à travers le canal de silicium pour allumer et éteindre le transistor. Face à ce comportement indiscipliné et énergivore, Intel a annoncé l'année dernière qu'il passerait à une nouvelle conception de transistor tridimensionnel pour sa génération de puces de 22 nanomètres. D'autres sociétés travaillent sur des transistors dits à corps ultrafin. Quelle que soit sa forme, le silicium est du silicium, et le traiter à des tailles extrêmement petites pose des problèmes même dans ces nouvelles conceptions de transistors.

De nombreux matériaux ont été présentés comme un remplacement potentiel du silicium, y compris les nanotubes de carbone. Ce matériau et d'autres se sont révélés prometteurs dans des transistors plus gros, mais jusqu'à présent, personne n'avait fait la démonstration d'un transistor à nanotubes de carbone de moins de 10 nanomètres. Si les nanotubes ne peuvent pas aller beaucoup plus loin que le silicium, alors travailler dessus est une perte de temps, dit Franklin. Nous avons fabriqué des transistors à nanotubes à des dimensions agressives et montré qu'ils sont considérablement meilleurs que les meilleurs dispositifs au silicium.

Pour tester comment la taille d'un transistor à nanotube affectait ses performances, le groupe de Franklin a fabriqué plusieurs transistors de différentes tailles le long d'un seul nanotube. Cela leur a permis de contrôler toutes les variations qui pourraient se produire d'un nanotube à l'autre. Tout d'abord, ils ont dû déposer une très fine couche de matériau isolant sur laquelle le nanotube pourrait s'asseoir. Et ils ont développé un processus en deux étapes pour ajouter des portes électriques au nanotube sans l'endommager. Ces techniques ne sont en aucun cas prêtes à être fabriquées, mais elles ont permis au groupe IBM de fabriquer les premiers dispositifs à nanotubes inférieurs à 10 nanomètres à tester en laboratoire. Le travail est décrit en ligne dans la revue Lettres nano .

Le groupe IBM a démontré que son transistor à nanotubes de neuf nanomètres consommait beaucoup moins d'énergie que les autres transistors de la même taille. Et il peut transporter plus de courant que les appareils au silicium comparables, ce qui signifie un meilleur signal.

Plusieurs problèmes d'ingénierie majeurs demeurent, dit Franklin. Premièrement, les chercheurs doivent trouver de meilleures méthodes pour fabriquer des lots purs de nanotubes semi-conducteurs – les tubes métalliques dans le mélange court-circuiteront les circuits intégrés. Deuxièmement, ils doivent trouver un moyen de placer un grand nombre de nanotubes sur une surface parfaitement alignée.

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