Un transistor métal-air pour remplacer les semi-conducteurs ?
Des chercheurs de l'université de RMIT pensent atteindre le térahertz

Le , par dourouc05, Responsable Qt & Livres
Si la loi de Moore continue d'être peu ou prou respectée, vers 2025, les processeurs devraient être gravés avec une finesse proche d'un atome de silicium : il ne sera alors plus possible de continuer l'amélioration des processus de fabrication de la même manière. Heureusement, la recherche est toujours là pour éviter cet écueil. Des chercheurs à l'université RMIT (Melbourne, Australie) proposent un tout autre type de transistor qui pourrait devenir bien plus petit qu'un atome de silicium : des ACT (air channel transistor), qui fonctionnent sans le moindre matériau semi-conducteur. Leur technique actuelle utilise deux électrodes métalliques séparées par moins de trente-cinq nanomètres d'air. De par les propriétés quantiques des électrons, cet espace est suffisamment petit pour que les électrons passent d'une électrode à l'autre, même à température ambiante.


Grâce à cette technique, presque n'importe quel matériau diélectrique (isolant électrique) pourrait servir de base pour la construction de transistors : du verre extrêmement fin, du pastique, des élastomères, par exemple. On pourrait donc construire un processeur directement sur une surface flexible… et avoir des processeurs plus fiables dans l'espace : l'espace entre deux électrodes pourrait très bien rester vide sans que le mouvement des électrons soit influencé. Dans l'espace et dans d'autres milieux subissant des radiations extrêmes, un tel système pourrait être plus fiable que les transistors à base de semi-conducteurs actuels.

Au niveau des processus de fabrication, les ACT semblent très prometteurs, grâce à une énorme simplification : plus besoin d'une série d'étapes de dopage, de traitement thermique, d'oxydation, de saliciure, etc., puisqu'il suffit de déposer les électrodes métalliques sur un substrat diélectrique. Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé une lithographie à rayon d'électrons, avec des métaux précieux comme le tungstène, l'or ou le platine. De plus, les procédés pourraient se généraliser à trois dimensions, c'est-à-dire à des réseaux tridimensionnels de transistors : la course à la miniaturisation des transistors serait alors compensée par une amélioration de l'architecture, afin d'augmenter la densité de transistors par unité de volume.

Cette recherche est toujours dans les stades préliminaires, elle n'est pas prête pour arriver demain dans nos ordinateurs. Il faut encore peaufiner la technique, notamment tester toute une série de configurations pour la source et le drain, d'autres matériaux : actuellement, le bout des électrodes fond parfois à cause des champs électriques extrêmement intenses — il faudrait alors déterminer une tension d'alimentation bien plus basse qui pourrait suffire, à condition de repenser la forme des extrémités des électrodes. Il est vrai que les bénéfices en fréquence pourraient valoir la chandelle : un dispositif du genre pourrait monter jusqu'au térahertz, quand les processeurs en semi-conducteurs ont du mal à dépasser les cinq gigahertz.

Source et image : New Metal-Air Transistor Replaces Semiconductors.

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Avatar de Steinvikel Steinvikel - Membre éclairé https://www.developpez.com
le 02/12/2018 à 16:37
Ce qui cause l’échauffement des transistors aujourd’hui, ce sont les phases de court-circuit dans chaque transition passant vers bloquant qui s’opère dans une unité logique.
Or un système où le courant passe dans l'air, soit :
- le lien présente une plus grande résistivité, et l'échauffement est réduit, du fait d'un courant plus faible
- le lien présente une plus faible résistivité, et l'échauffement est augmenté, du fait d'un courant plus fort

Quelqu'un aurait-il des réponses à cette question ?
Avatar de Hervé38 Hervé38 - Nouveau Candidat au Club https://www.developpez.com
le 04/12/2018 à 15:43
Le concept des transistors métal-air est peut être intéressant mais je ne comprends pas vos commentaire et comparaison avec les MOS actuels !
On approche du sub 10nm en production, donc déjà bien inférieur aux 32nm mentionnés et de plus avec tout le savoir faire pour exploiter ces composants dans des circuits intégrés complexe dépassant les 10 millards d'elements !
So what?
Avatar de arthV arthV - Candidat au Club https://www.developpez.com
le 17/12/2018 à 12:09
@Hervé38

Ce genre de transistor n'est évidement pas comparable directement avec les MOS utilisés de manière industriel, ce sont des transistors expérimentaux.

Par rapport aux avantages :
  • Ils sont de 32nm actuellement mais c'est un premier jet il ne fait aucun doute que l’on pourra en réduire la taille alors que pour les MOS on a de plus en plus de mal a réduire leur taille;
  • Les Transistors MOSFET nécessite un matériaux semi-conducteur, cela pose plusieurs problèmes :
    • Cela rend le procéder de fabrication plus complexe car il faut doper le substrat en silicium avec des atomes de phosphore et de bore;
    • Le dopage ce fait de manière diffuse ce qui demande du temps et un substrat plutôt épais;
    • Toutes ces opérations demandent aussi des machines très cher, et plus il y a d’étape plus il y a de chance d'avoir des défauts de conception, cela fait baisser le nombre de chip fonctionnel par die;
    • Pour toutes ces raisons superposer les transistors (faire des circuits 3D) devient une opération complexe il est plus simple de faire un design 2D: implanter les transistors dans la première couche et d'utiliser les couches suivantes seulement pour les connections entre les transistors (c'est les couches de métal) ;
  • Pour les transistors metal-air on a aucun de ces problèmes:
    • Procédé de fabrication très simple car il n'y a pas de dopage:
    • Pas de dopage cela veut dire prendre moins de place en hauteur et du temps économisé ;
    • Il y a moins d’opérations, donc moins de machines et moins d’étape qui peuvent injecter des défauts, cela augmenterais le nombre de chip fonctionnel par die ;
    • Superposer les transistors deviens simple car on a pas besoin de doper la couche avant de poser des transistors dessus. On a donc une vraie possibilité de faire des circuits 3D ;
      Faire des circuits 3D permettrait d'augmenter facilement la fréquence de fonctionnement des chips sans ajouter de délais. Car avec un design 2D, on a vite des chemins critique (le chemin critique c'est chemin le plus long du circuit, qui limite la fréquence car il faut propager le signal durant le cycle). En 3D on peut imaginer des superpositions très intelligente qui vont réduire les chemins critiques.
  • Comme indiqué dans l'article c'est transistor ont le potentiel de monter bien plus haut en fréquence de fonctionnement ;

 
Responsable bénévole de la rubrique Hardware : chrtophe -