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Futur : la course aux transistors en graphène

Futur : la course aux transistors en graphène
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Une feuille de graphèneUne feuille de graphène

Le silicium est l’or de l’ère numérique. Il est devenu omniprésent en quelques années et les rumeurs portant sur sa mort prochaine sont nombreuses, mais souvent exagérées (cf. « Le silicium est mort ? »). Cela n’empêche pas les chercheurs de penser à une alternative plus efficace dans les situations où il échoue. À ce jeu, le matériau privilégié aujourd’hui est le graphène.

Le graphène est une feuille composée d’atomes de carbone regroupés sous forme hexagonale (en nid d’abeille). Cette structure en fait un excellent conducteur qui est étudié dans de nombreux domaines. Afin de limiter le champ de cet article, nous avons décidé de nous pencher sur les recherches qui tentent d’intégrer le graphène dans un transistor. Tout effort d’exhaustivité étant inutile, nous tenterons donc seulement de montrer les grands défis que la science doit relever pour démocratiser le transistor en graphène.

Grossièrement, un transistor joue en principe le rôle d’interrupteur. Un courant électrique est envoyé par une électrode (la source) et la grille, située entre la source et le drain (la sortie du transistor), va laisser passer le courant (position on) ou pas (position off) en fonction de la tension qui lui est appliquée. Le silicium est très souvent utilisé au sein des transistors, car c’est un excellent semi-conducteur. Le graphène est naturellement conducteur, ce qui signifie qu’en principe, il ne peut pas bloquer le courant.

Un transistor (S = source, D = drain, Gate = Grille)Un transistor (S = source, D = drain, Gate = Grille)Ce phénomène explique pourquoi les transistors en graphène sont aujourd’hui principalement envisagés dans des puces où l’on n’a besoin que de transistors qui vont servir d’amplificateurs. Néanmoins, même dans ce genre de situation, l’utilisation en masse du graphène est difficile. Certains chercheurs tentent aussi de contourner les propriétés classiques de ce matériau pour pouvoir l’utiliser comme un semi-conducteur. De plus, le fait que le graphène n’ait qu’un atome d’épaisseur signifie qu’il est fragile, ce qui pose d’autres problèmes. Pour comprendre les travaux qui sont effectués dans ce domaine, nous allons survoler la recherche en nous penchant sur les diverses étapes nécessaires à la fabrication de ce genre de structure. Nous parlerons des wafers, de la fréquence et la taille des transistors en graphène, mais aussi des matériaux utilisés, des processus lithographiques et le comportement de cette feuille si convoitée.

Avant de nous lancer dans les différentes découvertes sur le sujet, nous allons d’abord vous relater un entretien que nous avons eu avec Alexandru Delamoreanu, doctorant au CEA qui travaille actuellement sur la fabrication du graphène et que nos remercions très chaleureusement pour le temps et le savoir qu’il nous a accordé.

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  • Anonyme , 23 novembre 2012 11:29
    Citation :
    TH : Quel est le futur de la recherche en France et en Europe ?

    AD : Avec la crise, les budgets sont au plus bas dans beaucoup de pays européens, et la recherche et le développement industriel suit la même logique. On parle de plus en plus de compétitivité dans la recherche et certains pays d’Asie notamment commencent à devenir des leaders mondiaux dans certains domaines. Les pays européens ne peuvent pas continuer à être des acteurs majeurs sur la scène internationale sans remodeler leurs modes de fonctionnement et le financement de leur recherche.

    Et de toute façon qu'est-ce que ca change...
    Les usines de fabrication de semi-conducteur se comptent probablement sur les doigts des mains en Europe, et encore c'est des acteurs secondaires sur le plan mondial.
    Développer des techno pour créer de l'emploi ailleurs, à quoi bon....
  • thyrion , 23 novembre 2012 12:52
    Tu connais pas ST microelectronics ? 10 milliard de chiffre d'affaire...
  • Anonyme , 23 novembre 2012 16:20
    thyrionTu connais pas ST microelectronics ? 10 milliard de chiffre d'affaire...

    Bien sûr, y a aussi Infineon et NXP.
    Je voulais les citer initialement, mais ca me semblait évident que je parlais bien d'eux.

    Mais le fait est que dans le classement mondial ils sont assez mal placés, et en plus en terme de process de gravure on ne peut pas dire que ce soit les plus avancés... c'est perdu d'avance.

    http://en.wikipedia.org/wiki/Semiconductor_sales_leaders_by_year#Ranking_for_year_2011
  • glitter , 24 novembre 2012 18:31
    En terme de process, ST propose du 28nm FD-SOI, Globalfoundries en reste au 32nm puisque leur 28nm bulk ne semble pas bien fonctionner.
    http://www.xbitlabs.com/news/cpu/display/20121122235832_AMD_s_Steamroller_High_Performance_Core_Slips_to_2014_Excavator_May_Face_Delays.html