(Phys.org)—Un nouveau type de transistor en forme de sapin de Noël est arrivé juste à temps pour les vacances, mais le prototype ne sera pas niché sous l'arbre avec les autres cadeaux.

"C'est un avant-goût des choses à venir dans l'industrie des semi-conducteurs, " dit Peide " Peter " Ye, professeur de génie électrique et informatique à l'Université Purdue.

Des chercheurs des universités Purdue et Harvard ont créé le transistor, qui est fabriqué à partir d'un matériau qui pourrait remplacer le silicium d'ici une décennie. Chaque transistor contient trois minuscules nanofils faits non de silicium, comme les transistors classiques, mais à partir d'un matériau appelé indium-gallium-arséniure. Les trois nanofils sont progressivement plus petits, donnant une section transversale effilée ressemblant à un arbre de Noël.

La recherche s'appuie sur des travaux antérieurs dans lesquels l'équipe a créé une structure 3D au lieu de transistors plats conventionnels. L'approche pourrait permettre aux ingénieurs de construire plus rapidement, des circuits intégrés plus compacts et efficaces et des ordinateurs portables plus légers qui génèrent moins de chaleur qu'aujourd'hui.

De nouvelles découvertes montrent comment améliorer les performances de l'appareil en reliant les transistors verticalement en parallèle.

"Une maison à un étage peut contenir tant de personnes, mais plus d'étages, plus de gens, et c'est la même chose avec les transistors, ", a déclaré Ye. "Les empiler permet un fonctionnement plus actuel et beaucoup plus rapide pour l'informatique à grande vitesse. Cela ajoute une toute nouvelle dimension, donc je les appelle 4-D."

Les résultats seront détaillés dans deux articles qui seront présentés lors de la réunion internationale sur les appareils électroniques du 8 au 12 décembre à San Francisco. L'un des articles a été souligné par les organisateurs de la conférence comme l'un des "sujets et articles les plus intéressants à présenter".

Les travaux sont dirigés par Jiangjiang Gu, doctorant à Purdue, et Xinwei Wang, chercheur postdoctoral à Harvard.

La dernière génération de puces informatiques en silicium, présenté cette année, contiennent des transistors ayant une structure 3-D verticale au lieu d'une conception plate conventionnelle. Cependant, parce que le silicium a une "mobilité électronique" limitée - à quelle vitesse les électrons circulent - d'autres matériaux seront probablement bientôt nécessaires pour continuer à faire progresser les transistors avec cette approche 3-D, Vous avez dit.

L'indium-gallium-arséniure fait partie de plusieurs semi-conducteurs prometteurs à l'étude pour remplacer le silicium. De tels semi-conducteurs sont appelés matériaux III-V car ils combinent des éléments des troisième et cinquième groupes du tableau périodique.

Les transistors contiennent des composants critiques appelés portes, qui permettent aux appareils d'allumer et d'éteindre et de diriger le flux de courant électrique. Des portes plus petites permettent un fonctionnement plus rapide. Dans les transistors au silicium 3D d'aujourd'hui, la longueur de ces grilles est d'environ 22 nanomètres, ou des milliardièmes de mètre.

La conception 3-D est essentielle car des longueurs de grille de 22 nanomètres et moins ne fonctionnent pas bien dans une architecture à transistors plats. Les ingénieurs travaillent à développer des transistors qui utilisent des longueurs de grille encore plus petites; 14 nanomètres sont attendus d'ici 2015, et 10 nanomètres d'ici 2018.

Cependant, des réductions de taille au-delà de 10 nanomètres et des améliorations de performances supplémentaires ne sont probablement pas possibles avec le silicium, ce qui signifie que de nouveaux matériaux seront nécessaires pour continuer à progresser, Vous avez dit.

La création de transistors plus petits nécessitera également de trouver un nouveau type d'isolant, ou couche "diélectrique" qui permet à la grille de s'éteindre. Comme les longueurs de grille rétrécissent en dessous de 14 nanomètres, le diélectrique utilisé dans les transistors conventionnels ne fonctionne pas correctement et on dit qu'il « fuit » une charge électrique lorsque le transistor est éteint.

Les nanofils des nouveaux transistors sont recouverts d'un autre type d'isolant composite, une couche d'aluminate de lanthane de 4 nanomètres d'épaisseur avec une couche ultrafine, couche d'oxyde d'aluminium d'un demi-nanomètre. Le nouveau diélectrique ultrafin a permis aux chercheurs de créer des transistors en indium-gallium-arséniure avec des grilles de 20 nanomètres, qui est un jalon, Vous avez dit.