IBM Research a annoncé aujourd'hui une percée majeure en ingénierie qui pourrait accélérer les nanotubes de carbone remplaçant les transistors en silicium pour alimenter les futures technologies informatiques.
Les scientifiques d'IBM ont démontré une nouvelle façon de réduire les contacts des transistors sans réduire les performances des dispositifs à nanotubes de carbone, ouvrant une voie à considérablement plus rapide, puces informatiques plus petites et plus puissantes au-delà des capacités des semi-conducteurs traditionnels. Les résultats seront publiés dans le numéro du 2 octobre de Science .
La percée d'IBM surmonte un obstacle majeur auquel le silicium et toutes les technologies de transistors à semi-conducteurs sont confrontés lors de la réduction d'échelle. Dans n'importe quel transistor, deux choses à l'échelle :le canal et ses deux contacts. À mesure que les appareils deviennent plus petits, l'augmentation de la résistance de contact pour les nanotubes de carbone a jusqu'à présent entravé les gains de performances. Ces résultats pourraient surmonter les défis de résistance de contact jusqu'au nœud de 1,8 nanomètre, soit quatre générations technologiques plus loin.
Les puces de nanotubes de carbone pourraient grandement améliorer les capacités des ordinateurs hautes performances, permettant d'analyser plus rapidement le Big Data, augmenter la puissance et la durée de vie de la batterie des appareils mobiles et de l'Internet des objets, et permettre aux centres de données cloud de fournir des services de manière plus efficace et économique.
Transistors au silicium, de minuscules commutateurs qui transportent des informations sur une puce, ont été réduits d'année en année, mais ils approchent d'un point de limitation physique. La loi de Moore s'essoufflant, réduire la taille du transistor - y compris les canaux et les contacts - sans compromettre les performances a été un défi épineux qui a troublé les chercheurs pendant des décennies.
IBM a déjà montré que les transistors à nanotubes de carbone peuvent fonctionner comme d'excellents commutateurs à des dimensions de canal inférieures à dix nanomètres - l'équivalent de 10, 000 fois plus fin qu'un cheveu humain et moins de la moitié de la taille de la technologie de pointe du silicium d'aujourd'hui. La nouvelle approche de contact d'IBM surmonte l'autre obstacle majeur à l'incorporation de nanotubes de carbone dans des dispositifs à semi-conducteurs, ce qui pourrait entraîner des puces plus petites avec de meilleures performances et une consommation d'énergie plus faible.
Plus tôt cet été, IBM a dévoilé la première puce de test de silicium de nœud de 7 nanomètres, repousser les limites des technologies silicium et garantir de nouvelles innovations pour IBM Systems et l'industrie informatique. En faisant progresser la recherche sur les nanotubes de carbone pour remplacer les dispositifs traditionnels en silicium, IBM ouvre la voie à un avenir post-silicium et réalise son investissement en R&D de 3 milliards de dollars annoncé en juillet 2014.
"Ces innovations en matière de puces sont nécessaires pour répondre aux demandes émergentes du cloud computing, Internet des objets et systèmes Big Data, " dit Dario Gil, vice-président de la science et de la technologie chez IBM Research. « Alors que la technologie du silicium approche de ses limites physiques, nouveaux matériaux, les appareils et les architectures de circuits doivent être prêts à fournir les technologies avancées qui seront requises par l'ère de l'informatique cognitive. Cette percée montre que les puces informatiques faites de nanotubes de carbone seront capables d'alimenter les systèmes du futur plus tôt que prévu par l'industrie. »
Un nouveau contact pour les nanotubes de carbone
Les nanotubes de carbone représentent une nouvelle classe de matériaux semi-conducteurs constitués de feuilles atomiques uniques de carbone enroulées dans un tube. Les nanotubes de carbone forment le cœur d'un transistor dont les propriétés électriques supérieures promettent plusieurs générations de technologies dépassant les limites physiques du silicium.
Les électrons dans les transistors au carbone peuvent se déplacer plus facilement que dans les dispositifs à base de silicium, et le corps ultra-mince des nanotubes de carbone offre des avantages supplémentaires à l'échelle atomique. À l'intérieur d'une puce, les contacts sont les valves qui contrôlent le flux d'électrons du métal dans les canaux d'un semi-conducteur. Au fur et à mesure que la taille des transistors diminue, la résistance électrique augmente dans les contacts, ce qui nuit aux performances. Jusqu'à maintenant, la réduction de la taille des contacts sur un appareil a entraîné une baisse proportionnelle des performances - un défi auquel sont confrontées les technologies des transistors en silicium et en nanotubes de carbone.
Les chercheurs d'IBM ont dû renoncer aux schémas de contact traditionnels et ont inventé un procédé métallurgique semblable au soudage microscopique qui lie chimiquement les atomes de métal aux atomes de carbone aux extrémités des nanotubes. Ce «schéma de contact à liaison terminale» permet aux contacts d'être réduits à moins de 10 nanomètres sans détériorer les performances des dispositifs à nanotubes de carbone.
"Pour toute technologie de transistor avancée, l'augmentation de la résistance de contact due à la diminution de la taille des transistors devient un goulot d'étranglement majeur des performances, " a ajouté Gil. " Notre nouvelle approche consiste à établir le contact depuis l'extrémité du nanotube de carbone, que nous montrons ne dégrade pas les performances de l'appareil. Cela nous rapproche un peu plus de l'objectif d'une technologie de nanotubes de carbone dans la décennie. »
