(PhysOrg.com) -- Dans un exploit intéressant d'ingénierie à l'échelle nanométrique, des chercheurs de l'Université de Lund en Suède et de l'Université de Nouvelle-Galles du Sud ont fabriqué le premier transistor à nanofils doté d'une « porte d'enroulement » métallique concentrique qui repose horizontalement sur un substrat de silicium.

Deux aspects remarquables de leur conception sont la simplicité de la fabrication et la capacité unique d'ajuster la longueur de la porte enveloppante via une seule étape de gravure humide, note le professeur agrégé Adam Micolich, un futur boursier de l'ARC dans le groupe de nanoélectronique de l'École de physique de l'UNSW.

Le fait d'emballer des densités de transistors toujours plus élevées dans une micropuce a un prix élevé – le chevauchement réduit entre le canal semi-conducteur à travers lequel le courant circule et la grille métallique rend plus difficile l'activation et la désactivation du courant.

Cela a conduit au développement du «Fin Field-Effect Transistor», ou FinFET, où le silicium de chaque côté du canal est gravé pour créer une structure mesa surélevée. Cela permet à la porte de se replier sur les côtés du canal, améliorer la commutation sans augmenter l'espace de puce requis par le dispositif. Un contrôle encore meilleur peut être obtenu en enroulant la porte tout autour du canal. Mais faire passer du métal sous le canal sans compromettre l'appareil peut être une tâche formidable en utilisant des techniques conventionnelles de microfabrication de silicium « de haut en bas ».

Cela a conduit à un intérêt significatif pour les nanofils auto-assemblés pour les applications informatiques (voir D.K. Ferry, doi :10.1126/science.1154446). Ces minuscules aiguilles semi-conductrices, environ 50 nm de diamètre et jusqu'à plusieurs microns de longueur, sont développées par dépôt chimique en phase vapeur et se tiennent verticalement sur un substrat semi-conducteur, permettant de déposer un isolant et un métal de grille sur toute la surface externe du nanofil.

Bien que ces nanofils enrobés puissent être transformés en transistors pleinement fonctionnels dans l'orientation verticale, le processus pour y parvenir est très complexe. Et dans de nombreux cas, il est plus souhaitable que le transistor à nanofils repose à plat sur le substrat, comme avec les transistors au silicium conventionnels. Cela pose un défi intéressant pour les nanotechnologues :est-il possible de fabriquer des transistors à nanofils avec une « wrap-gate » métallique tout autour qui repose à plat sur un substrat semi-conducteur ?

Dans un ouvrage publié cette semaine dans Lettres nano [Tempête et al . doi:10.1021/nl104403g], l'équipe a non seulement fait la démonstration des premiers transistors à nanofils horizontaux à grille enveloppante, mais ils démontrent qu'ils peuvent être fabriqués à l'aide d'un processus remarquablement simple qui leur permet de définir avec précision la longueur du wrap-gate en utilisant une seule étape de gravure humide, sans besoin de lithographie supplémentaire.

Leur approche exploite la capacité de la solution de gravure à couper le résist et à graver le long du nanofil, produire des grilles dont la longueur va d'un peu moins que la séparation des contacts jusqu'à 100 nm, simplement en ajustant la concentration de l'agent de gravure. Les dispositifs résultants ont d'excellentes performances électriques et peuvent être produits de manière fiable avec un rendement élevé.

Au-delà d'être une avancée significative dans les techniques de nanofabrication, ces dispositifs ouvrent de nouvelles voies intéressantes pour la recherche fondamentale.

Les nanofils enveloppants sont idéaux pour les études du transport quantique unidimensionnel dans les semi-conducteurs, où des phénomènes remarquables tels que la cristallisation électronique et la séparation des charges de spin peuvent être observés. En outre, le fort couplage porte-canal combiné à une surface d'enveloppe-porte en or exposée offre un potentiel intéressant pour les applications de détection en utilisant la chimie établie pour lier les anticorps et d'autres polypeptides aux surfaces en or.