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Futur : la course aux transistors en graphène

1 : Introduction 3 : Interview avec Alexandru Delamoreanu (suite) 4 : Wafers 5 : Fréquences des transistors 6 : Taille des transistors 7 : Matériaux des transistors 8 : Fabrication des transistors (1ère partie) 9 : Fabrication des transistors (2e partie) 10 : Comportement du graphène 11 : Conclusion

Interview avec Alexandru Delamoreanu

Image 1 : Futur : la course aux transistors en graphèneLes laboratoires du CEA-LETI

Tom’s Hardware : Pourriez-vous vous présenter ?

Alexandru Delamoreanu (AD) : Alexandru Delamoreanu. Ingénieur en nanotechnologies. Je suis doctorant en dernière année au CEA-LETI (Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives – Laboratoire d’Électronique et de Technologies de l’Information) et au CNRS-LTM (Centre national de la recherche scientifique – Laboratoire des Technologies de la Microélectronique). Après une classe préparatoire aux grandes écoles option Physique-Chimie, j’ai intégré l’ENSPG (École Nationale Supérieure de Physique de Grenoble), qui est devenu Phelma (l’école d’ingénieurs de physique, électronique, matériaux) entre temps.

TH : Quel est le cursus que vous avez suivi jusqu’à présent ?

AD : En choisissant la filière PNS (Physique-NanoSciences), je me suis spécialisé dans la microélectronique et les nanotechnologies. En dernière année, j’ai suivi le master recherche Nanophysique, Nanostructures de l’université Joseph Fourier de Grenoble. J’ai ensuite travaillé à l’institut Néel (CNRS) dans le département matière condensée et basses températures en 2009, puis je suis parti à Austin, Texas pour mon projet de fin d’étude en dernière année d’école d’ingénieur en 2010, où j’ai passé 6 mois dans le groupe de Rod Ruoff qui est un des pionniers de la croissance de graphène à grande échelle.

TH : Sur quels projets travaillez-vous aujourd’hui ?

AD : Je travaille actuellement sur la croissance de graphène à l’échelle industrielle. Nous faisons croitre du graphène sur des équipements standards de microélectronique en environnement salle blanche. La croissance se fait sur des wafers de silicium de 200 mm de diamètre. Concrètement, nous étudions la faisabilité de l’intégration de graphène dans des dispositifs innovants (cellules solaires, OLED, mémoires) au CEA-LETI qui possède une des plus grandes salles blanches du monde dédié à la recherche et au développement (R&D).

Image 2 : Futur : la course aux transistors en graphèneDie stackingTH : Penchons-nous donc sur le graphène. Est-il la réponse aux limites physiques du silicium, notamment la miniaturisation de la longueur du canal entre la source et le drain qui est censée être limitée à 10 nm sur un  transistor en silicium ? Est-ce une réalité ou une fantaisie médiatique ?

AD : Descendre en dessous de 10 nm n’est pas aujourd’hui envisageable avec du silicium en l’absence de matériaux high-k compatibles avec ce genre de gravure et contraintes. Rien n’est impossible, mais en l’état des choses, les chances sont très minces. De plus, depuis la mise en évidence du graphène en 2004, beaucoup de groupes de recherche se lancent dans l’aventure graphène et les financements sont importants. On trouve de plus en plus d’applications possibles et le graphène apparait comme une solution miracle à beaucoup de problèmes, notamment en microélectronique. Depuis quelques années les industriels rivalisent d’idées et de nouveaux procédés pour réduire la taille des transistors et suivre la loi de Moore.


Les investissements de ceux ayant un enjeu dans la filière silicium restent importants et ce matériau sera exploité autant que possible pour le pousser dans ses derniers retranchements. Le graphène apparait néanmoins comme une solution séduisante, mais c’est une solution parmi d’autres comme les architectures 3D (die stacking) par exemple. De plus, elle est extrêmement difficile à mettre en œuvre dans l’état actuel des choses. De ce fait, l’idée de faire un canal en graphène sur un transistor suscite un peu moins d’intérêt qu’avant et les applications éventuelles s’orientent plutôt vers l’énergie. Il faut tout de même garder en tête qu’avec le graphène, une avancée technologique majeure peut surgir rapidement.

TH : En raison de ses propriétés électriques, les transistors en graphène semblent être principalement limités à des puces RF, mais on voit des bouts de solutions à cette impasse, comme le transistor à deux grilles d’IBM. Les transistors en graphène sont-ils limités à des amplificateurs où peut-on honnêtement espérer un processeur complexe utilisant ce genre de transistors ?

AD : Oui, les transistors au graphène qui pourraient percer rapidement et se retrouver sur des marchés bien spécifiques seraient dans le domaine des puces RF et des hautes fréquences. Le graphène pourrait réellement apporter une solution à un problème que la filière silicium ne pourrait pas résoudre. Étant donné la forte mobilité des électrons dans le graphène et leur comportement similaire à des photons, les applications RF semblent moins inabordables que d’éventuels circuits complexes, tel un processeur complet et dans lequel le transistor à l’état off ne doit vraiment pas être conducteur. C’est un problème avec le graphène même si on commence à voir des solutions apparaitre.

Pour qu’un processeur au graphène voit le jour, il faudrait deux avancées majeures. Il faut d’abord qu’un transistor au graphène surpasse les transistors actuels au silicium sur presque tous les paramètres (fréquences, consommation, températures, tensions). IBM apporte des débuts de réponse pour contrôler l’état on/off et faire des circuits fonctionnels, mais il y a encore beaucoup à faire pour devancer la filière silicium. Il faut ensuite qu’une technique simple de production de masse puisse fabriquer du graphène de bonne qualité à des échelles industrielles. On est encore loin de cette deuxième condition.

Sommaire :

  1. Introduction
  2. Interview avec Alexandru Delamoreanu
  3. Interview avec Alexandru Delamoreanu (suite)
  4. Wafers
  5. Fréquences des transistors
  6. Taille des transistors
  7. Matériaux des transistors
  8. Fabrication des transistors (1ère partie)
  9. Fabrication des transistors (2e partie)
  10. Comportement du graphène
  11. Conclusion