Normalement, les puces informatiques sont constituées de composants électroniques qui font toujours la même chose. À l'avenir, cependant, une plus grande flexibilité sera possible :de nouveaux types de transistors adaptatifs peuvent être commutés en un éclair, afin qu'ils puissent effectuer différentes tâches logiques selon les besoins. Cela change fondamentalement les possibilités de conception de puces et ouvre de toutes nouvelles opportunités dans le domaine de l'intelligence artificielle, des réseaux de neurones ou même de la logique qui fonctionne avec plus de valeurs que 0 et 1.

Pour y parvenir, les scientifiques de la TU Wien (Vienne) ne se sont pas appuyés sur la technologie habituelle du silicium, mais sur le germanium. Ce fut un succès :le transistor le plus flexible du monde est maintenant fabriqué à partir de germanium. Il a été présenté dans la revue ACS Nano . Les propriétés spéciales du germanium et l'utilisation d'électrodes de grille de programme dédiées ont permis de créer un prototype pour un nouveau composant qui pourrait inaugurer une nouvelle ère de la technologie des puces.

Une électrode de contrôle supplémentaire change tout

Le transistor est la base de tout appareil électronique moderne :c'est un minuscule composant qui permet au courant de circuler ou bloque le flux de courant, selon qu'une tension électrique est appliquée ou non à une électrode de commande. Cela permet de construire des circuits logiques simples mais aussi du stockage mémoire.

La façon dont la charge électrique est transportée dans le transistor dépend du matériau utilisé :soit il y a des électrons libres qui portent une charge négative, soit un électron peut manquer dans les atomes individuels, de sorte que cette tache est chargée positivement. On parle alors de "trous" - ils peuvent également être déplacés à travers le matériau.

Dans le nouveau transistor de la TU Wien, les électrons et les trous sont manipulés simultanément d'une manière très spéciale :"Nous connectons deux électrodes avec un fil extrêmement fin en germanium, qui est connecté au métal des deux côtés avec une interface spéciale et extrêmement propre. Au-dessus de ce segment de germanium, nous plaçons une électrode de grille comme celles que l'on trouve dans les transistors classiques.Ce qui est décisif, c'est que notre transistor possède également une autre électrode de commande, qui est placée sur les interfaces entre le germanium et le métal.Elle peut programmer dynamiquement la fonction du transistor », explique le Dr Masiar Sistani, qui est chercheur postdoctoral dans l'équipe du professeur Walter Weber à l'Institute for Solid State Electronics de la TU Wien.

Cette construction permet de contrôler les électrons et les trous séparément. "Le fait que nous utilisions du germanium est un avantage décisif", déclare Masiar Sistani. "C'est parce que le germanium a une structure électronique très spéciale :lorsque vous appliquez une tension, le flux de courant augmente initialement, comme vous vous en doutez. Après un certain seuil, cependant, le flux de courant diminue à nouveau - c'est ce qu'on appelle la résistance différentielle négative. Avec le À l'aide de l'électrode de commande, nous pouvons moduler la tension à laquelle se situe ce seuil. Il en résulte de nouveaux degrés de liberté que nous pouvons utiliser pour donner au transistor exactement les propriétés dont nous avons besoin pour le moment."

De cette façon, par exemple, une porte NAND (une porte logique non-et) peut être commutée en une porte NOR (une porte logique ni-ni). "Jusqu'à présent, l'intelligence de l'électronique provenait simplement de l'interconnexion de plusieurs transistors, dont chacun n'avait qu'une fonctionnalité assez primitive. À l'avenir, cette intelligence pourra être transférée à l'adaptabilité du nouveau transistor lui-même", explique le Pr. Walter Weber. "Les opérations arithmétiques, qui nécessitaient auparavant 160 transistors, sont possibles avec 24 transistors en raison de cette adaptabilité accrue. De cette manière, la vitesse et l'efficacité énergétique des circuits peuvent également être considérablement augmentées."

Le groupe de recherche du professeur Weber ne travaille à la TU Wien que depuis environ deux ans. Le professeur Walter Weber s'est fait un nom international grâce à ses travaux sur l'électronique nouvelle et reconfigurable. Le Dr Masiar Sistani est un expert dans le domaine de l'électronique au germanium et s'est spécialisé dans la recherche sur les phénomènes de transport électronique. Ces deux domaines d'expertise se complètent parfaitement pour rendre possible le transistor adaptatif au germanium. "Certains détails doivent encore être optimisés, mais avec notre premier transistor au germanium programmable, nous avons prouvé que l'idée de base fonctionne vraiment. C'est une avancée décisive pour nous", déclare Masiar Sistani.

Intelligence artificielle

Ces nouvelles possibilités sont particulièrement intéressantes pour des applications dans le domaine de l'intelligence artificielle :"Notre intelligence humaine est basée sur des circuits changeant dynamiquement entre les cellules nerveuses. Avec de nouveaux transistors adaptatifs, il est désormais possible de changer de circuits directement sur la puce de manière ciblée, " dit Walter Weber. La logique multivaluée peut également être implémentée de cette manière, c'est-à-dire des circuits qui fonctionnent non seulement avec 0 et 1, mais avec un plus grand nombre d'états possibles.

Une application industrielle rapide de cette nouvelle technologie est réaliste :les matériaux utilisés sont déjà utilisés dans l'industrie des semi-conducteurs aujourd'hui, et aucun processus de fabrication complètement nouveau n'est nécessaire. À certains égards, la technologie serait même plus simple qu'auparavant :aujourd'hui, les matériaux semi-conducteurs sont dopés, c'est-à-dire enrichis d'atomes étrangers individuels. Ce n'est pas nécessaire avec le transistor à base de germanium; du germanium pur peut être utilisé.

"Nous ne voulons pas remplacer complètement la technologie de transistor précédente par notre nouveau transistor, ce serait présomptueux", déclare Masiar Sistani. "La nouvelle technologie est plus susceptible d'être intégrée dans les puces informatiques en tant que module complémentaire à l'avenir. Pour certaines applications, il sera simplement plus économe en énergie de s'appuyer sur des transistors adaptatifs." + Explorer plus loin

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