Nouveau concept de transistor. Des films minces constitués de nanoparticules métalliques (sphères grises) sont mis en contact électrique avec des électrodes d'or. Le courant traversant les films (en bleu) est réglable par la tension d'une électrode locale située sous le film. Pour la caractérisation, des sondes en forme d'aiguille sont appliquées aux électrodes qui fournissent les tensions correspondantes et mesurent le courant. Crédit :Christian Klinke, Université de Hambourg
Transistors, tel qu'il est utilisé en milliards sur chaque puce informatique, sont aujourd'hui à base de matériaux de type semi-conducteur, généralement du silicium. Comme les demandes de puces informatiques dans les ordinateurs portables, tablettes et smartphones continuent d'augmenter, de nouvelles possibilités sont recherchées pour les fabriquer à moindre coût, économe en énergie et flexible.
Un groupe de recherche de l'Université de Hambourg dirigé par le Dr Christian Klinke a maintenant réussi à produire des transistors basés sur un principe complètement différent. Ils utilisent des nanoparticules métalliques si petites qu'elles ne montrent plus leur caractère métallique sous flux de courant mais présentent un écart énergétique causé par la répulsion coulombienne des électrons entre eux. Via une tension de contrôle, cet écart peut être déplacé énergétiquement et le courant peut ainsi être allumé et éteint à volonté. Contrairement aux approches similaires précédentes, les nanoparticules ne sont pas déposées sous forme de structures individuelles, rendant la fabrication très complexe et les propriétés des composants correspondants peu fiables, mais, au lieu, ils sont déposés sous forme de films minces d'une hauteur d'une seule couche de nanoparticules. En employant cette méthode, les caractéristiques électriques des appareils deviennent réglables et presque identiques.
Ces transistors de Coulomb présentent trois avantages principaux qui les rendent intéressants pour des applications commerciales :La synthèse de nanoparticules métalliques par chimie colloïdale est très bien contrôlable et évolutive. Il fournit de très petits nanocristaux qui peuvent être stockés dans des solvants et sont faciles à traiter. La méthode de dépôt de Langmuir-Blodgett fournit des films monocouches de haute qualité et peut également être mise en œuvre à l'échelle industrielle. Par conséquent, cette approche permet l'utilisation de méthodes classiques de lithographie pour la conception des composants et l'intégration dans les circuits électriques, ce qui rend les appareils peu coûteux, souple, et compatible avec l'industrie. Les transistors résultants présentent un comportement de commutation de plus de 90 % et fonctionnent jusqu'à la température ambiante. Par conséquent, des transistors bon marché et des puces informatiques à faible consommation d'énergie sont possibles à l'avenir.
Les résultats de la recherche ont été publiés dans la revue scientifique Avancées scientifiques .
Nouveau concept de transistor. Des films minces constitués de nanoparticules métalliques (sphères bleues) sont contactés électriquement par des électrodes d'or (source/drain). Le courant traversant les films est réglable par la tension d'une électrode locale située sous le film (grille locale). Crédit :Christian Klinke, Université de Hambourg
"Scientifiquement intéressant, les particules métalliques héritent de propriétés similaires à celles des semi-conducteurs en raison de leur petite taille. Bien sûr, il y a encore beaucoup de recherches à faire, mais nos travaux montrent qu'il existe des alternatives aux concepts de transistors traditionnels qui peuvent être utilisés à l'avenir dans divers domaines d'application", dit Christian Klinke. "Les appareils développés dans notre groupe ne peuvent pas seulement être utilisés comme des transistors, mais ils sont aussi très intéressants comme capteurs chimiques car les interstices entre les nanoparticules, qui agissent comme des barrières dites tunnels, réagissent très sensibles aux dépôts chimiques."
