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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 5 : Fréquences des transistors 6 : Taille des transistors 7 : Matériaux des transistors 9 : Fabrication des transistors (2e partie) 10 : Comportement du graphène 11 : Conclusion

Fabrication des transistors (1ère partie)

Image 1 : Futur : la course aux transistors en graphèneInstallation des grilles à l’aide d’un ruban adhésif

Avant 2010, IBM utilisait la méthode dite d’exfoliation mécanique pour obtenir le graphène utilisé au sein des transistors. Aujourd’hui, il fait appel à l’épitaxie et ajoute un polymère en dessous de la couche isolante de la grille pour ne pas compromettre le graphène.

Fabriquer un transistor à l’aide de scotch

Un autre papier en 2010 publié dans la revue Nature a fait parler de lui. Rédigé par des chercheurs de l’Université de Californie Los Angeles, il répond aux problèmes liés à l’installation de la couche isolante de la grille en fabriquant la grille séparément, puis en l’apposant sur le canal en graphène. Cette technique avait l’avantage de faciliter le placement de la source et du drain et les résultats étaient intéressants pour l’époque.

Deux ans plus tard, les chercheurs ont optimisé leur méthode de fabrication pour la simplifier et la rendre plus compatible avec les contraintes des usines d’aujourd’hui. Pour faire simple, l’idée reste la même, c’est-à-dire que l’on va placer l’électrode de la grille pré-assemblée au-dessus du canal. Néanmoins, cette fois-ci, cela va se faire à l’aide d’un scotch spécial.

Concrètement, les scientifiques posent une fine couche d’or sur un wafer en silicium, puis ils ajoutent un oxyde d’aluminium et apposent enfin des fils en titane et en or. Ils recouvrent ensuite le tout d’un ruban adhésif qui va détacher la structure du wafer. On va ensuite poser ce ruban adhésif au-dessus des bandes de graphène et ajouter enfin la source et le drain en utilisant des méthodes lithographiques classiques.

L’utilisation de méthodes lithographiques traditionnelles est importante pour la viabilité commerciale d’une technologie, car cela réduit les investissements et le temps nécessaires pour obtenir de bons rendements. Néanmoins, certains scientifiques se penchent sur des méthodes de fabrication plus originales et très prometteuses, comme la fabrication à jet d’encre.

Image 2 : Futur : la course aux transistors en graphèneFabrication à jet d’encre (source : ACS Nano)Fabrication à jet d’encre

Un papier rédigé par l’Université de Cambridge décrit une méthode à jet d’encre qui a le grand avantage de pouvoir produire des transistors flexibles et transparents. Les universitaires ont retiré des feuilles de graphène depuis un bloc de graphite en utilisant un solvant (N-méthyl–2-pyrrolidone ou NMP) qui est choisi, car il ne pose pas de problème lorsqu’il s’évapore. Ils ont ensuite filtré le résultat pour retirer les impuretés (particules de plus de 1 µm de diamètre) qui pourraient boucher la tête d’impression. Le tout est enfin intégré dans un polymère qui va jouer le rôle d’encre et déposer le graphène sur un substrat flexible avant d’ajouter la source et le drain. L’utilisation des atomes de carbones au lieu du silicium classique augmente grandement les performances. Cette méthode de fabrication a des résultats médiocres avec le silicium, mais le graphène est beaucoup plus encourageant.

Ces recherches offrent une leçon très importante. Il est normal de penser que le graphène pourrait un jour, dans un futur lointain caché dans un coin de notre imagination, remplacer le silicium et donner naissance à un processeur x86. Néanmoins, une vision plus pragmatique de la recherche montre que ce matériau excellera d’abord là où il surpasse déjà le silicium, comme dans les puces RF ou les méthodes de fabrication à jet d’encre. Cela n’empêche néanmoins pas aux chercheurs de trouver des parades permettant d’utiliser le graphène comme un semiconducteur.

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