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Une vue de l'assemblage de deux métaux, M1 et M2, accolés à un isolant I, au microscope électronique. L'ensemble permet de constituer une diode Métal-Isolant-Métal (MIM). Ce genre de composant est prometteur pour l'électronique du futur. On vient d'en fabriquer des variantes sous le nom de MIIM. © Oregon State University
Pour relever les défis de l'avenir, comme par exemple mieux comprendre le cerveau humain ou le climatclimat, il faut disposer d'ordinateursordinateurs ayant une puissance et une rapiditérapidité de calcul de plus en plus importantes. Il faut pour cela disposer de composants électroniques de plus en plus rapides et si possible moins gourmands en énergie.
Une nouvelle électronique est donc en gestationgestation dans le laboratoire de par le monde et souvent elle mobilise les chercheurs en physique du solide. On pense utiliser des matériaux miracles comme le graphène pour remplacer le silicium dans lequel les électrons ne se déplacent pas assez vite pour les besoins de la technologie du XXIe siècle. Mais certains progrès sont sans doute possibles sans en passer par des matériaux aussi exotiquesexotiques que le germanane.
Des diodes MIM aux diodes MIIM
Les travaux de chercheurs du College of Engineering de l'Oregon State University en sont un bon exemple. Depuis quelques années, ils progressent dans la technologie portant sur de nouvelles diodes dans lesquelles les électrons vont plus vite que dans le silicium. Ce sont des diodes Métal-Isolant-Métal, ou MIM. Comme leur nom l'indique, elle sont formées à l'aide d'un sandwich de deux métauxmétaux entourant un bande de matièrematière isolante.
Le physicien George Gamow a été le premier à comprendre que les ondes de matière quantique pouvaient traverser des barrières d'énergie interdisant classiquement des réactions nucléaires et chimiques. Il a ainsi découvert l'effet tunnel. © AIP, Emilio Segre, Visual Archives
Ces MIM permettent un transfert rapide des électrons en utilisant un phénomène quantique bien connu, l'effet tunnel. Ce n'est pas la première fois qu'on l'utilise dans des composants électroniques. On peut citer à cet égard la fameuse diode à effet tunneleffet tunnel qui valut à son découvreur, Leo Esaki, le prix Nobel de physique en 1973. Plus près de nous, les mémoires Flashmémoires Flash des clés USBUSB et des cartes mémoirescartes mémoires exploitent ce genre de phénomène (l'effet Fowler-Nordheim).
Des sandwichs quantiques pour l'électronique
Les physiciensphysiciens de l'Oregon State University ont eu l'idée de contrôler plus précisément l'effet tunnel dans une MIM en utilisant en fait deux bandes de matériaux isolants. Comme ils l'expliquent dans l'article publié dans Applied Physics Letters, ils ont constitué ce qu'on peut appeler une MIIM. Ces deux isolants constituent donc deux barrières de potentiel différentes accolées dans le jargon des physiciens quantiques.
En fait, comme on peut le constater en lisant le fameux Quantique : Rudiments de Jean-Marc Lévy-Leblond et Françoise Balibar, bien des systèmes en physique du solide et en électronique peuvent être considérés comme des assemblages de barrières, puits et créneaux de potentiels dans lesquels les ondes de matière se propagent. Tout l'art des électroniciens quantiques consiste donc souvent à faire des sandwichs de matériaux appropriés.
Ici, l'équipe parvient à contrôler l'effet tunnel pour qu'il se produise, à volonté, à travers deux isolants ou un seul. La technique permet de mieux maîtriser la non-linéarité, l'asymétrie et l'effet de rectification à basse tensionbasse tension de cette diode MIIM.
Selon les chercheurs, les MIIM peuvent facilement entrer en production à l'échelle industrielle et ont un faible coût de fabrication. Elles devraient permettre de révolutionner non seulement l'électronique des ordinateurs mais aussi celles des écrans à cristaux liquides.
