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En 1965, Gordon Moore, le cofondateur de la société IntelIntel, affirmait que le nombre de transistors par circuit de même taille allait doubler tous les deux ans, à prix constant. Cette annonce, connue dans le monde de l'industrie des semi-conducteurs sous le nom de loi de Moore est aujourd'hui encore vérifiée. C'est grâce à elle que les performances de nos ordinateurs portables, de nos télévisions ou encore de nos smartphones augmentent de manière exponentielle. Pourtant, dès 1997, Gordon Moore a prédit que la loi qui porteporte son nom se heurterait, aux environs de 2017, à une limite physique de taille... celle des atomes !
C'était sans compter la découverte faite par des chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab). Ils ont mis au point un transistor à effet de champ dont l'électrode d'entrée appelée la grille ne mesure pas plus d'un nanomètre. Des dimensions faisant de lui, « le plus petit transistor du monde », assurent-ils. Et pour arriver à leurs fins, ils ont dû abandonner le siliciumsilicium pour se tourner vers le disulfure de molybdènemolybdène (MoS2) et des nanotubes de carbone.
Rappelons que les transistors à effet de champ sont des dispositifs semi-conducteurs constitués de trois électrodes : la source, le draindrain et la grille. Le courant passe de la source au drain sous le contrôle de la grille qui agit un peu comme un interrupteur. Jusqu'à une longueur de grille de 5 nanomètres - les transistors haut de gamme que l'on trouve aujourd'hui sur le marché mesurent quelque 20 nanomètres, mais des puces de 10 nanomètres devraient bientôt voir le jour -, si tout se passe bien. En deçà, un phénomène quantique baptisé effet tunnel se déclenche. Il devient alors impossible à la grille de retenir le passage des électronsélectrons.
Des chercheurs du Berkeley Lab prétendent avoir conçu le transistor le plus petit du monde. Entre la source et le drain, un pont en disulfure de molybdène et une grille constituée d’un nanotube de carbone d’un nanomètre de diamètre. Le dioxyde de zirconium joue ici un rôle d’isolant. © Sujay Desai, UC Berkeley
Un transistor qui défie les lois de la physique
« Certaines lois sont faites pour être enfreintes ou au moins défiées », affirment les chercheurs du Berkeley Lab dans un communiqué de presse. Pour ce faire, ils se sont appuyés sur du disulfure de molybdène. Car les électrons qui circulent dans ce semi-conducteur rencontrent plus de résistancerésistance que ceux qui circulent dans le silicium. Leur débitdébit peut ainsi être contrôlé, même avec des grilles plus petites.
Une fois le choix du semi-conducteur arrêté, les chercheurs américains ont dû trouver une solution pour concevoir le transistor dans la pratique. Les techniques de lithographielithographie conventionnelles en effet, ne sont pas des plus efficaces à pareilles échelles. Alors, les chercheurs ont décidé de s'appuyer sur des nanotubes de carbonenanotubes de carbone, des cylindres dont le diamètre avoisine le nanomètre et qui peuvent jouer le rôle de vanne qui contrôle le flux des électrons.
Si le transistor le plus petit monde ainsi élaboré a bien su prouver sa capacité à contrôler le flux des électrons, les chercheurs du Berkeley Lab restent prudents : « Nous n'avons produit que quelques-uns de ces transistors et nous n'avons pas encore été capables de les intégrer dans des puces électroniques. Nous devons également trouver une solution pour réduire les résistances parasitesparasites de ces systèmes. Mais ces travaux sont importants car ils prouvent que la limite des 5 nanomètres ne tient pas. La loi de Mooreloi de Moore a donc encore quelques belles années devant elle. »
