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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 8 : Fabrication des transistors (1ère partie) 10 : Comportement du graphène 11 : Conclusion

Fabrication des transistors (2e partie)

Image 1 : Futur : la course aux transistors en graphèneL’hydrogène (blue clair) entre le carbure de silicium et le graphèneLe graphène n’est pas un semiconducteur. Pour pouvoir l’utiliser dans un transistor classique, il y a deux parades fondamentales : l’ajout d’une interface (un matériau qui va changer ses propriétés) ou une modification topologique.

Une interface en hydrogène

L’été dernier, des chercheurs de l’université allemande Friedrich-Alexander d’Erlangen-Nuremberg ont présenté une découverte très prometteuse (cf. « Un peu d’hydrogène avant la cuisson du graphène : recette du jour »). Tout comme IBM, ils commencent par utiliser un wafer en carbure de silicium, en raison de la qualité du graphène qu’il produit. Les scientifiques vont ensuite cuire l’ensemble dans un four à 850 °C. Cela va rompre les liens entre les atomes de la feuille de graphène et ceux du carbure de silicium. Les scientifiques introduisent ensuite du dihydrogène dans l’air pour que les atomes d’hydrogène se placent entre le graphène et le carbure de silicium.

Les avantages de cette méthode sont doubles, puisqu’elle permet de créer un ensemble semiconducteur et elle facilite l’installation de contacts pour la source et le drain sans endommager le graphène. Concrètement, cette structure a un ratio entre son état on et son état off de 104 et les scientifique ont pu poser des électrodes en or, sans compromettre les propriétés du graphène. L’expérience a donné naissance à un transistor d’une taille inutilisable (100 µm), mais c’est un premier pas dans la bonne direction.

Image 2 : Futur : la course aux transistors en graphèneMontages de graphène et tranchées dans le carbure de siliciumDes montagnes de graphène

Une autre étude publiée le 18 novembre dernier dans la revue Nature Physics a aussi fait grand bruit. Elle affronte le même problème, mais utilise une approche complètement différente. Des chercheurs de l’Institut technologique de Géorgie aux États-Unis, en partenariat avec SOLEIL, le synchrotron situé dans l’Essonne, ont créé des tranchées au sein du carbure de silicium en utilisant un faisceau à électrons. Le wafer est ensuite placé dans un four afin que la température élevée permette au graphène de croitre sur les surfaces planes et se plier pour former une bosse. Le résultat est une série de monts et vallées de 20 nm de profondeur.

Les scientifiques ont compris que ce type de relief permet au canal entre la source et le drain de se comporter comme un semiconducteur. Les recherches avaient déjà montré que la déformation de la feuille de graphène pouvait modifier ses propriétés électriques, mais c’est la première fois que l’on dispose d’une méthode qui est censée pouvoir être utilisée à grande échelle (sur des millions de transistors au sein d’un wafer). Le grand avantage de cette approche est qu’elle permet de fabriquer des circuits sans avoir recours à des matériaux qui vont se placer entre le graphène et le carbure de silicium et accroître la résistance de l’ensemble au détriment des performances. La méthode de fabrication est néanmoins loin d’être facile à réaliser. Le temps de cuisson doit être extrêmement précis et un faisceau à électron n’est pas aussi courant qu’un laser à fluorure d’argon.

Néanmoins, les recherches se penchant sur la topologie du graphène sont maintenant une voie sérieuse à explorer, car le comportement de ce matériau reste encore assez mystérieux. Les chercheurs américains admettent d’ailleurs dans leur communiqué que l’on ne comprend pas vraiment pourquoi le graphène devient un semiconducteur lorsqu’il est plié et positionné d’une telle façon. Le graphène a d’autres comportements fascinants.

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