Les transistors d’aujourd’hui n’ont plus grand-chose à voir avec ceux d’hier. Ils se sont tellement miniaturisés qu’on peut en compter plusieurs milliards sur une seule et même puce électronique. Et ce chiffre pourrait encore augmenter grâce à l’invention du plus petit transistor du monde par une équipe du Berkeley Lab. © pockethifi, Shuttestock

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Le plus petit transistor du monde ressuscite la loi de Moore

ActualitéClassé sous :physique , transistor , transistor à effet de champ

Pendant un demi-siècle, l'industrie des semi-conducteurs a suivi assez scrupuleusement la loi de Moore. Jusqu'à ce que très récemment, les géants du secteur n'annoncent avoir atteint les limites physiques de la miniaturisation. Mais aujourd'hui, grâce au plus petit transistor du monde, des chercheurs américains espèrent ressusciter cette loi mythique.

En 1965, Gordon Moore, le cofondateur de la société Intel, affirmait que le nombre de transistors par circuit de même taille allait doubler tous les deux ans, à prix constant. Cette annonce, connue dans le monde de l'industrie des semi-conducteurs sous le nom de loi de Moore est aujourd'hui encore vérifiée. C'est grâce à elle que les performances de nos ordinateurs portables, de nos télévisions ou encore de nos smartphones augmentent de manière exponentielle. Pourtant, dès 1997, Gordon Moore a prédit que la loi qui porte son nom se heurterait, aux environs de 2017, à une limite physique de taille... celle des atomes !

C'était sans compter la découverte faite par des chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab). Ils ont mis au point un transistor à effet de champ dont l'électrode d'entrée appelée la grille ne mesure pas plus d'un nanomètre. Des dimensions faisant de lui, « le plus petit transistor du monde », assurent-ils. Et pour arriver à leurs fins, ils ont dû abandonner le silicium pour se tourner vers le disulfure de molybdène (MoS2) et des nanotubes de carbone.

Rappelons que les transistors à effet de champ sont des dispositifs semi-conducteurs constitués de trois électrodes : la source, le drain et la grille. Le courant passe de la source au drain sous le contrôle de la grille qui agit un peu comme un interrupteur. Jusqu'à une longueur de grille de 5 nanomètres - les transistors haut de gamme que l'on trouve aujourd'hui sur le marché mesurent quelque 20 nanomètres, mais des puces de 10 nanomètres devraient bientôt voir le jour -, si tout se passe bien. En deçà, un phénomène quantique baptisé effet tunnel se déclenche. Il devient alors impossible à la grille de retenir le passage des électrons.

Des chercheurs du Berkeley Lab prétendent avoir conçu le transistor le plus petit du monde. Entre la source et le drain, un pont en disulfure de molybdène et une grille constituée d’un nanotube de carbone d’un nanomètre de diamètre. Le dioxyde de zirconium joue ici un rôle d’isolant. © Sujay Desai, UC Berkeley

Un transistor qui défie les lois de la physique

« Certaines lois sont faites pour être enfreintes ou au moins défiées », affirment les chercheurs du Berkeley Lab dans un communiqué de presse. Pour ce faire, ils se sont appuyés sur du disulfure de molybdène. Car les électrons qui circulent dans ce semi-conducteur rencontrent plus de résistance que ceux qui circulent dans le silicium. Leur débit peut ainsi être contrôlé, même avec des grilles plus petites.

Une fois le choix du semi-conducteur arrêté, les chercheurs américains ont dû trouver une solution pour concevoir le transistor dans la pratique. Les techniques de lithographie conventionnelles en effet, ne sont pas des plus efficaces à pareilles échelles. Alors, les chercheurs ont décidé de s'appuyer sur des nanotubes de carbone, des cylindres dont le diamètre avoisine le nanomètre et qui peuvent jouer le rôle de vanne qui contrôle le flux des électrons.

Si le transistor le plus petit monde ainsi élaboré a bien su prouver sa capacité à contrôler le flux des électrons, les chercheurs du Berkeley Lab restent prudents : « Nous n'avons produit que quelques-uns de ces transistors et nous n'avons pas encore été capables de les intégrer dans des puces électroniques. Nous devons également trouver une solution pour réduire les résistances parasites de ces systèmes. Mais ces travaux sont importants car ils prouvent que la limite des 5 nanomètres ne tient pas. La loi de Moore a donc encore quelques belles années devant elle. »

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