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Futur : la course aux transistors en graphène

1 : Introduction 2 : Interview avec Alexandru Delamoreanu 3 : Interview avec Alexandru Delamoreanu (suite) 4 : Wafers 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

Fréquences des transistors

Image 1 : Futur : la course aux transistors en graphèneLe transistor de 100 GHz en graphène d’IBM

Yu-Ming Lin et Phaedon Avouris, deux des auteurs du papier sur le circuit intégré en graphène, avaient publié un an plus tôt les résultats de leurs recherches qui ont permis la fabrication d’un transistor en graphène fonctionnant à 100 GHz. C’était quatre fois plus rapide que les anciens modèles (cf. « Le transistor en graphène le plus rapide »).

Avant le papier de messieurs Lin et Avouris, les transistors en graphène avaient des performances peu intéressantes, parce que la création de la couche isolante de la grille endommageait le graphène. La conséquence directe était une réduction de la mobilité des électrons et ipso facto une dégradation de ses performances. IBM a réussi à contourner ce problème en apposant une fine couche de polymère avant de placer la couche d’oxyde servant d’isolant.

Le carbure de silicium devient la nouvelle coqueluche des chercheurs

Ces résultats ont montré que le carbure de silicium était un excellent matériau pour la fabrication de transistors en graphène. Jusqu’à cette date, de nombreux scientifiques ne juraient que par le graphite qui était censé être la meilleure source pour les transistors en graphène. IBM lui-même s’est penché dessus. En 2008, les deux auteurs ont publié un papier montrant un processus de fabrication nommée exfoliation mécanique. Le principe était d’éplucher deux couches de graphène depuis un bloc de graphite en utilisant un scotch, pour ensuite déposer les extraits sur le transistor.

À l’époque, cette méthode relativement primitive permettait d’obtenir des structures montant jusqu’à 26 GHz seulement. Ce processus avait le désavantage d’endommager le graphène et n’était pas commercialement viable. Les auteurs ont découvert deux ans plus tard que le carbure de silicium offrait de bien meilleures performances (100 GHz). Ce matériau a aussi popularisé l’utilisation de graphène fabriqué par épitaxie, la méthode qui fut reprise sur le wafer en graphène un an plus tard.

Image 2 : Futur : la course aux transistors en graphèneGraphene par épitaxieDes performances qui font rêver

Le transistor de 2010 était gravé sur un wafer de 200 mm et la longueur de la grille était de 240 nm. Comparativement, un transistor en silicium similaire aurait été limité à 40 GHz. Les avantages du graphène étaient donc évidents et importants. De plus, c’était la première fois que les scientifiques montraient que du graphène de haute qualité pouvait être obtenu à l’échelle du wafer.

Big Blue tente maintenant d’optimiser la structure du transistor en utilisant une finesse de gravure plus petite et une grille plus courte. Il cherche à atteindre le térahertz, ce qui sera une étape symbolique. Pour cela, il devra aussi améliorer la mobilité des électrons qui tournent à 1 500 cm2/Vs à température ambiante. Dans des conditions optimales (un transistor extrêmement refroidi et suspendu à l’air), ce chiffre atteint 200 000 cm2/Vs. IBM a déjà franchi une étape importante dans sa quête vers la miniaturisation des transistors en graphène en présentant un modèle disposant d’un canal de 9 nm, comme nous allons le voir à la page suivante.

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