(PhysOrg.com) -- Des chercheurs de l'Université de Notre Dame et de l'Université d'État de Pennsylvanie ont annoncé des percées dans le développement de transistors à effet de champ tunnel (TFET), une technologie semi-conductrice qui tire parti du comportement bizarre des électrons au niveau quantique.

Les transistors sont les éléments constitutifs des appareils électroniques qui alimentent le monde numérique, et une grande partie de la croissance de la puissance de calcul au cours des 40 dernières années a été rendue possible par l'augmentation du nombre de transistors pouvant être emballés sur des puces de silicium.

Mais cette croissance, si laissé à la technologie actuelle, pourrait bientôt toucher à sa fin.

Beaucoup dans le domaine des semi-conducteurs pensent que l'industrie se rapproche rapidement des limites physiques de la miniaturisation des transistors. Le problème majeur des transistors modernes est la fuite de puissance conduisant à la génération de chaleur excessive à partir de milliards de transistors à proximité.

Les avancées récentes à Notre Dame et à Penn State, qui sont partenaires du Midwest Institute for Nanoelectronics Discovery (MIND), montrent que les TFET sont en bonne voie pour résoudre ces problèmes en offrant des performances comparables aux transistors d'aujourd'hui, mais avec une efficacité énergétique bien supérieure.

Pour ce faire, ils tirent parti de la capacité des électrons à « tunnel » à travers les solides, un effet qui semblerait magique à l'échelle humaine mais qui est un comportement normal au niveau quantique.

« Un transistor agit aujourd'hui un peu comme un barrage avec une porte mobile », déclare Alan Seabaugh, professeur de génie électrique à Notre Dame et le directeur Frank M. Freimann de MIND. "La vitesse à laquelle l'eau s'écoule, le courant, dépend de la hauteur de la porte."

"Avec des transistors tunnel, nous avons un nouveau type de portail, une porte que le courant peut traverser au lieu d'être franchie. Nous ajustons électriquement l'épaisseur de la porte pour allumer et éteindre le courant."

« Les dispositifs à effet tunnel électronique ont une longue histoire de commercialisation, " ajoute Seabaugh, "Vous avez très probablement conservé plus d'un milliard de ces appareils dans une clé USB. Le principe du tunneling mécanique quantique est déjà utilisé pour les périphériques de stockage de données."

Alors que les TFET n'ont pas encore l'efficacité énergétique des transistors actuels, les articles publiés en décembre 2011 par Penn State et en mars 2012 par Notre Dame démontrent des améliorations record du courant de commande du transistor tunnel, et d'autres avancées sont attendues au cours de l'année à venir.

"Nos développements sont basés sur la recherche de la bonne combinaison de matériaux semi-conducteurs avec lesquels construire ces dispositifs, " dit Suman Datta, professeur de génie électrique à la Penn State University.

« Si nous réussissons, l'impact sera important en termes de circuits intégrés de faible puissance. Ces, à son tour, soulèvent la possibilité de circuits auto-alimentés qui, en conjonction avec des dispositifs de récupération d'énergie, pourrait permettre une surveillance active de la santé, intelligence ambiante, et les dispositifs médicaux implantables.

Un autre avantage des transistors à effet tunnel est que leur utilisation pour remplacer la technologie existante ne nécessiterait pas de changement radical dans l'industrie des semi-conducteurs. Une grande partie de l'infrastructure existante de conception et de fabrication de circuits resterait la même.

"Une recherche universitaire solide sur de nouveaux dispositifs tels que les TFET est essentielle pour poursuivre le rythme rapide du développement technologique, " a déclaré Jeff Welser, directeur de l'Initiative de recherche en nanoélectronique. "Une grande partie de l'industrie reconnaît qu'il faudra des collaborations avec les universités et les agences gouvernementales pour trouver et développer ces nouveaux concepts."

Deux autres partenaires du centre MIND, l'Université Purdue et l'Université du Texas à Dallas, ont apporté une contribution significative au développement des TFET grâce au développement d'outils de modélisation et d'analyse clés.