Transistors au graphène améliorés: bientôt des transistors de 10nm ?

Une équipe de chercheurs du Watson Research Center d'IBM (NY) a trouvé un moyen d'améliorer significativement les performances des transistors au graphène, en disposant deux feuillets l'un au dessus de l'autre au lieu d'un seul.


Le graphène est une monocouche d'atomes de carbone organisée en un réseau bidimensionnel hexagonal, qui permet de réaliser des transistors de 10nm de large (contre 45nm pour les plus petits transistors à semiconducteur), particulièrement performants pour les signaux Radio Fréquences. Cependant ils sont toujours en proie au problème de bruit électrique qui limite fortement la qualité des signaux, mais avec la découverte des chercheurs d'IBM, le bruit électrique est divisé par un facteur 10. Les résultats sont publiés dans le journal Nano Letters.

Le graphène est le premier candidat pour remplacer le silicium dans l'industrie du semi conducteur, grâce à ses propriétés électroniques et thermiques excellentes. Sous une tension donnée, le graphène peut supporter un courant bien plus grand que le silicium, car les électrons se déplacent de 50 à 500 fois plus vite, ce qui permet des vitesses de commutation très rapides pour une alimentation plus faible. Cependant, plus on réduit la taille du composant et plus le bruit augmente: en effet, les particules chargées du substrat à proximité du graphène dévient une partie des porteurs de charges qui parcourent le feuillet. Cela agit comme une barrière au flux du courant et peut déformer significativement le signal amplifié.

En plaçant deux couches de graphène l'une au dessus de l'autre, les chercheurs ont découvert que le facteur de bruit est divisé par un facteur 10. Ils ont obtenu les deux couches de graphène par exfoliation mécanique à partir d'un morceau de graphite (qui est en fait une grosse pile de feuillets de graphène, dont ils ont gardé seulement 2 couches), et ont placé ces deux couches entre deux électrodes sur un substrat pour former un transistor à effet de champ. Les deux courants parcourant les feuillets de graphène sont ainsi couplés et chaque électron libre est recombiné avec un trou formant des paires qui résistent aux charges positives ou négatives dans le substrat. Avec une seule couche de graphène, certains électrons ne sont pas recombinés avec un trou mais déviés par une charge du substrat.

Cette technique permet d'améliorer les performances des transistors au graphène, mais d'autres obstacles empêchent pour le moment leur commercialisation, comme en particulier la production de masse de transistors hautes performances.