Des scientifiques ont réussi à créer le plus petit transistor du monde, en produisant un commutateur avec une grille fonctionnelle de 1 nanomètre. Si vous voulez savoir à quel point c’est incroyablement petit, sachez qu’un cheveu humain mesure entre 80 000 et 100 000 nanomètres de large.
Contrairement aux transistors ordinaires, le nouveau prototype des chercheurs n’est pas fabriqué en silicium. Sa taille réduite signifie que nous pouvons encore améliorer les performances des circuits intégrés en les équipant d’une plus grande quantité de composants incroyablement petits.
Et cela pourrait aussi nous aider à maintenir la loi de Moore en vie.
Nommée d’après Gordon Moore, cofondateur d’Intel, la loi de Moore prévoit que la quantité de transistors dans un circuit intégré doublera environ tous les deux ans, ce qui permettra d’obtenir des processeurs informatiques plus complexes et plus puissants.
Malheureusement, les transistors sont déjà devenus si petits que nous sommes à court de moyens pour les rendre plus petits. Mais aujourd’hui, grâce à une équipe de chercheurs de l’université de Californie à Berkeley, nous avons dépassé le seuil des 5 nanomètres qui était considéré comme le sommet de la miniaturisation des transistors.
“Nous avons fabriqué le plus petit transistor rapporté à ce jour”, explique le chercheur Ali Javey, responsable de la division des sciences des matériaux du Berkeley Lab. “Nous avons fait la démonstration d’un transistor à grille de 1 nanomètre, ce qui montre qu’avec le choix de matériaux appropriés, il y a encore beaucoup de place pour rétrécir notre électronique.”
L’équipe de Javey a pu atteindre la limite de 1 nanomètre en utilisant des nanotubes de carbone avec un matériau appelé disulfure de molybdène (MoS2), qui est parfois utilisé comme lubrifiant pour moteurs.
Dans les transistors classiques (lire : plus grands), le silicium est un matériau idéal, car les électrons qui circulent dans le circuit rencontrent une faible résistance.
Avec le MoS2, ils rencontrent une plus grande résistance, mais cet effet de ralentissement est en fait bénéfique lorsque les transistors deviennent extrêmement petits, car il permet de contrôler le comportement des électrons.
L’une des raisons pour lesquelles les transistors de 5 nanomètres étaient auparavant considérés comme la limite théorique est qu’une fois la taille du silicium dépassée, un phénomène d’effet tunnel quantique se produit : les électrons commencent à sauter d’un transistor à l’autre, ce qui rend les signaux détraqués.
“Cela signifie que nous ne pouvons pas éteindre les transistors”, explique Sujay Desai, chercheur principal. “Les électrons sont hors de contrôle”
Mais avec le MoS2 à la place du silicium, et en freinant efficacement les électrons, les signaux peuvent à nouveau être contrôlés.
Lors des essais, le prototype des chercheurs – qui associe le MoS2 à un nanotube de carbone de 1 nanomètre de large – a montré que le transistor contrôlait efficacement le flux d’électrons.
L’une des raisons pour lesquelles il s’agit d’une telle victoire – outre l’avantage évident de permettre de meilleures performances dans les ordinateurs – est que personne ne savait que cela était possible auparavant.
“L’industrie des semi-conducteurs a longtemps supposé que toute grille inférieure à 5 nanomètres ne fonctionnerait pas, de sorte que tout ce qui était inférieur n’était même pas envisagé”, explique M. Desai.
“Cette recherche montre que les portes de moins de 5 nanomètres ne doivent pas être écartées… En changeant le matériau du silicium au MoS2, nous pouvons fabriquer un transistor avec une porte de seulement 1 nanomètre de long, et le faire fonctionner comme un interrupteur.”
Coupe transversale du transistor. Crédit : Qingxiao Wang/UT Dallas
Malgré leur succès, l’équipe reconnaît qu’il reste un long chemin à parcourir avant d’utiliser des transistors de 1 nanomètre dans nos ordinateurs et nos appareils mobiles. Maintenant que nous savons que des commutateurs aussi petits peuvent fonctionner, nous devons trouver comment les fabriquer de manière fiable à l’échelle, et travailler à l’optimisation de la technologie.
“Ces travaux ont permis de mettre en évidence le transistor le plus court jamais réalisé”, déclare Javey. “Cependant, il s’agit d’une preuve de concept. Nous n’avons pas encore emballé ces transistors sur une puce, et nous ne l’avons pas fait des milliards de fois.”
Néanmoins, si nous parvenons à résoudre ces difficultés, les résultats obtenus ici signifient que les performances de la technologie au niveau des circuits vont continuer à progresser dans un avenir proche – et même suivre le rythme prévu par Gordon Moore il y a plusieurs décennies.
“Ce travail est important car il montre que nous ne sommes plus limités à une grille de 5 nanomètres pour nos transistors”, explique M. Javey. “La loi de Moore peut se poursuivre encore un certain temps grâce à une ingénierie appropriée du matériau semi-conducteur et de l’architecture du dispositif.”
Les résultats sont publiés dans Science.