Une avancée majeure pourrait éventuellement conduire à des processeurs térahertz
La pointe du progrès : Après 10 ans d’études, les chercheurs affirment avoir enfin créé le premier semi-conducteur fonctionnel à base de graphène au monde. Cela devrait s’avérer utile dans l’informatique quantique et traditionnelle et permettra à la loi de Moore de perdurer, au grand désarroi de Jensen Huang.
Plus tôt ce mois-ci, des chercheurs du Georgia Institute of Technology d’Atlanta ont publié un article dans Nature. L’étude porte sur la production d’épigraphène à partir de carbure de silicium (SiC). Le graphène épitaxial semi-conducteur (SEC), également connu sous le nom d’épigraphène, possède une mobilité électronique bien plus grande que le silicium.
Selon Walt de Heer, professeur de physique à Georgia Tech Regents, les électrons peuvent se déplacer 10 fois plus vite que les transistors traditionnels à base de silicium. Cette augmentation exponentielle signifie que les puces utilisant de l’épigraphène pourraient potentiellement atteindre des cycles de l’ordre du térahertz.
La fabrication de l’épigraphène s’appuie sur un processus qui produit du graphène depuis un demi-siècle. Tout d’abord, deux puces SiC sont empilées dans un creuset en graphite et placées dans un tube de quartz à argon enveloppé d’un tube de cuivre. Un courant haute fréquence est envoyé à travers la bobine de cuivre, chauffant le creuset en graphite par induction à 1 000 °C pendant environ une heure.
Lorsque le silicium s’évapore de la surface des puces SiC, il est remplacé par du carbone, formant une couche de graphène bidimensionnelle (à un seul atome). La plaquette produite est neutre en charge, donc lorsqu’elle est retirée du tube, elle devient instantanément dopée par l’oxygène. Ils libèrent ensuite le dopage à l’oxygène en chauffant le graphène à 200°C sous vide, créant ainsi de l’épigraphène sur un substrat en carbure de silicium.
Selon de Heer, le processus est relativement peu coûteux.
« Les puces (SiC) que nous utilisons coûtent environ 10 dollars (US), le creuset environ 1 dollar et le tube de quartz environ 10 dollars », a expliqué le professeur à IEEE Spectrum.
Les scientifiques produisent du graphène semi-conducteur depuis 2008 en chauffant du SiC sous vide. Cependant, il lui manquait une bande interdite mesurable, de sorte que les transistors ne peuvent pas s’allumer et s’éteindre. La méthode modifiée de De Heer et de son équipe élimine ce problème.
Les efforts antérieurs pour produire des bandes interdites impliquaient la modification d’un substrat avec des nanorubans ou des nanotubes de graphène. Ces méthodes n’ont pas donné de bons résultats car elles nécessitent une grande précision lors du dépôt des rubans sur le substrat.
« Les nanorubans de graphène ont connu un certain succès, mais en principe, cette technologie est très similaire à la technologie des nanotubes de carbone semi-conducteurs qui n’a pas connu de succès après 30 ans de recherche sur les nanotubes », explique de Heer.
Les chercheurs ont eu plus de succès en créant une bande interdite en déformant le graphène (rides). Cependant, cela produit une bande interdite de seulement 0,2 électron-volt, ce qui, selon de Heer, est trop petit pour être pratique. À titre de comparaison, le silicium a une bande interdite de 1,12 eV. La méthode de Georgia Tech crée une bande interdite de 0,6 eV, suffisante pour une commutation logique tout en fonctionnant à des températures plus froides.
« Notre recherche se distingue de ces autres approches car nous avons produit de vastes zones de SEC semi-conducteur sur des terrasses SiC atomiquement plates et sans défauts », a déclaré de Heer. « Le SiC est un matériau électronique hautement développé et facilement disponible, entièrement compatible avec les méthodes de traitement microélectronique conventionnelles. »
Alors que la science a réussi à produire du graphène épitaxial semi-conducteur fonctionnel et hautement mobile, les processeurs SEC dans les ordinateurs quantiques ou ordinaires restent une vision lointaine. D’une part, de Heer affirme que cela nécessite une étude plus approfondie pour déterminer s’il est plus approprié que les supraconducteurs utilisés dans les ordinateurs quantiques contemporains.
En ce qui concerne l’informatique sur silicium, l’équipe sait déjà que le SEC est un semi-conducteur supérieur avec une résistance bien inférieure. Par conséquent, des vitesses plus rapides et des températures de fonctionnement plus fraîches sont possibles. Cependant, il n’existe pas de moyen simple d’intégrer la SEC dans l’électronique traditionnelle au silicium. Pour profiter des avantages que ce matériau a à offrir, il faut un changement complet de paradigme dans les pratiques de fabrication actuelles.
« Je compare ce travail au premier vol de 100 mètres des frères Wright », explique de Heer. « Cela dépendra principalement de la quantité de travail qui sera effectuée pour le développer. »
Crédit image : Chris McKenney
