(PhysOrg.com) -- Une nouvelle génération de transistors ultrapetits et de puces informatiques plus puissantes utilisant de minuscules structures appelées nanofils semi-conducteurs sont plus proches de la réalité après une découverte clé par des chercheurs d'IBM, l'Université Purdue et l'Université de Californie à Los Angeles.

Les chercheurs ont appris à créer des nanofils avec des couches de différents matériaux qui sont nettement définis au niveau atomique, ce qui est une exigence critique pour fabriquer des transistors efficaces à partir des structures.

"Avoir des couches de matériaux bien définies vous permet d'améliorer et de contrôler le flux d'électrons et d'activer et de désactiver ce flux, " a déclaré Eric Stach, professeur agrégé de génie des matériaux à Purdue.

Les appareils électroniques sont souvent constitués d'"hétérostructures, " ce qui signifie qu'ils contiennent des couches bien définies de différents matériaux semi-conducteurs, comme le silicium et le germanium. Jusqu'à maintenant, cependant, les chercheurs ont été incapables de produire des nanofils avec des couches de silicium et de germanium bien définies. Au lieu, cette transition d'une couche à l'autre a été trop progressive pour que les dispositifs fonctionnent de manière optimale en tant que transistors.

Les nouvelles découvertes indiquent une méthode de création de transistors à nanofils.

Les résultats sont détaillés dans un article de recherche paru vendredi (27 novembre) dans la revue Science . L'article a été rédigé par le chercheur postdoctoral de Purdue Cheng-Yen Wen, Stach, Frances Ross, scientifique en matériaux d'IBM, Jerry Tersoff et Mark Reuter au Thomas J. Watson Research Center à Yorktown Heights, NEW YORK, et Suneel Kodambaka, professeur adjoint au Département de science et d'ingénierie des matériaux de l'UCLA.

Alors que les transistors conventionnels sont fabriqués à plat, morceaux horizontaux de silicium, les nanofils de silicium sont « cultivés » verticalement. En raison de cette structure verticale, ils ont une empreinte plus petite, qui pourrait permettre de monter plus de transistors sur un circuit intégré, ou puce, dit Stach.

"Mais nous devons d'abord apprendre à fabriquer des nanofils selon des normes rigoureuses avant que l'industrie puisse commencer à les utiliser pour produire des transistors, " il a dit.

Les nanofils pourraient permettre aux ingénieurs de résoudre un problème menaçant de faire dérailler l'industrie électronique. De nouvelles technologies seront nécessaires pour que l'industrie maintienne la loi de Moore, une règle officieuse stipulant que le nombre de transistors sur une puce informatique double environ tous les 18 mois, ce qui a entraîné des progrès rapides dans les ordinateurs et les télécommunications. Doubler le nombre d'appareils pouvant tenir sur une puce informatique se traduit par une augmentation similaire des performances. Cependant, il devient de plus en plus difficile de continuer à rétrécir les dispositifs électroniques constitués de semi-conducteurs conventionnels à base de silicium.

"Dans quelque chose comme cinq à, au plus, 10 années, les dimensions des transistors au silicium auront été mises à l'échelle à leur limite, " dit Stach.

Les transistors constitués de nanofils représentent un moyen potentiel de perpétuer la tradition de la loi de Moore.

Les chercheurs ont utilisé un instrument appelé microscope électronique à transmission pour observer la formation des nanofils. De minuscules particules d'un alliage or-aluminium ont d'abord été chauffées et fondues à l'intérieur d'une chambre à vide, puis du gaz de silicium a été introduit dans la chambre. Au fur et à mesure que la perle d'or-aluminium fondue absorbait le silicium, il est devenu "sursaturé" en silicium, provoquant la précipitation du silicium et la formation de fils. Chaque fil de croissance était surmonté d'une perle liquide d'or-aluminium de sorte que la structure ressemblait à un champignon.

Puis, les chercheurs ont suffisamment réduit la température à l'intérieur de la chambre pour que le capuchon en or-aluminium se solidifie, permettant de déposer précisément du germanium sur le silicium et permettant de créer une hétérostructure de silicium et de germanium.

Le cycle pourrait être répété, faire passer les gaz du germanium au silicium à volonté pour réaliser des types spécifiques d'hétérostructures, dit Stach.

Avoir une hétérostructure permet de créer une "grille" en germanium dans chaque transistor, qui permet aux appareils d'allumer et d'éteindre.

Plus d'information: Formation d'hétérojonctions axiales de composition abrupte dans des nanofils Si/Ge, C.-Y. Loupe, et à., Science .

Fourni par Purdue University (actualité :web)