Les chercheurs progressent dans la création de transistors numériques à l'aide d'un matériau appelé graphène, contourner potentiellement un obstacle censé limiter considérablement l'utilisation du matériau dans les ordinateurs et l'électronique grand public.

Le graphène est une couche de carbone d'une épaisseur d'un atome qui conduit l'électricité avec peu de résistance ou de génération de chaleur. Après sa découverte en 2004 - qui lui a valu un prix Nobel de physique - il a été présenté comme un remplaçant potentiel du silicium, conduisant éventuellement à des dispositifs ultrarapides avec des circuits simplifiés qui pourraient être moins coûteux à fabriquer.

Cependant, L'éclat du graphène s'est émoussé ces dernières années pour les applications numériques, les chercheurs ayant découvert qu'il n'avait pas de "bande interdite, " un trait qui est nécessaire pour allumer et éteindre, ce qui est critique pour les transistors numériques.

« Le fait que le graphène soit par nature un matériau à bande interdite nulle a soulevé de nombreuses questions quant à son utilité pour les applications numériques, ", a déclaré Hong-Yan Chen, doctorant à Purdue.

Les électrons dans les semi-conducteurs comme le silicium existent à deux niveaux d'énergie, appelées bandes de valence et de conduction. L'écart énergétique entre ces deux niveaux est appelé bande interdite. Avoir la bande interdite appropriée permet aux transistors de s'allumer et de s'éteindre, qui permet aux circuits numériques de stocker des informations en code binaire constitué de séquences de uns et de zéros.

Chen a dirigé une équipe de chercheurs dans la création d'un nouveau type d'onduleur au graphène, un élément essentiel des transistors numériques. D'autres chercheurs ont créé des onduleurs en graphène, mais ils devaient être opérés à 77 degrés Kelvin, qui est de moins 196 Celsius (moins 320 Fahrenheit).

« Si le graphène pouvait être utilisé dans des applications numériques, ce serait vraiment important, " dit Chen, qui travaille avec Joerg Appenzeller, professeur de génie électrique et informatique et directeur scientifique de la nanoélectronique au Birck Nanotechnology Center de Purdue.

Les chercheurs de Purdue sont les premiers à créer des onduleurs en graphène qui fonctionnent à température ambiante et ont un gain supérieur à un, une exigence de base pour l'électronique numérique qui permet aux transistors d'amplifier les signaux et de contrôler sa commutation de 0 à 1.

Les résultats ont été détaillés dans un document, "Onduleurs au graphène de type complémentaire fonctionnant à température ambiante, " présenté en juin lors de la 2011 Device Research Conference à Santa Barbara, Californie.

Jusqu'à présent, les transistors au graphène n'ont été pratiques que pour des applications spécialisées, tels que les amplificateurs pour téléphones portables et systèmes militaires. Cependant, les nouveaux onduleurs représentent une étape vers l'apprentissage de l'utilisation du matériau pour créer des transistors au graphène pour des applications numériques plus larges qui incluent les ordinateurs et l'électronique grand public.

Pour créer des appareils électroniques, le silicium est imprégné d'impuretés pour modifier ses propriétés semi-conductrices. Un tel "dopage" n'est pas facilement applicable au graphène. Cependant, les chercheurs ont potentiellement résolu ce problème en développant « le dopage électrostatique, " qui permet aux onduleurs en graphène d'imiter les caractéristiques des onduleurs en silicium.

Le dopage électrostatique est induit par le champ électrique entre les grilles métalliques, qui sont situés à 40 nanomètres des canaux de graphène. Le dopage peut être modifié en faisant varier la tension, permettant aux chercheurs de tester des niveaux de dopage spécifiques.

« Cela nous permettra de trouver le bon endroit pour faire fonctionner l'appareil, " dit Chen.

Des travaux supplémentaires seront nécessaires pour intégrer le prototype dans un circuit de graphène fonctionnel pour les applications numériques.