Transistor
13 septembre 2020
Enjeux
Vers un transistor "à électron unique" à température ambiante"Les transistors, disposés sur des puces, sont parmi les composants majeurs de l'électronique. En état "bloqué" ils empêchent le courant de passer et, quand une faible tension leur est appliquée, le laissent passer. Dans la perspective de la miniaturisation de plus en plus poussée des puces, l'idée d'un transistor "à électron unique" (ou SET pour "Single Electron Transistor") séduit les chercheurs. L'avantage de ces transistors réside dans le fait qu'ils n'ont besoin que d'un seul électron pour fonctionner alors que les dispositifs conventionnels en nécessitent des millions. Un SET peut être comparé à un pont équipé d'un péage à l'entrée et d'un à la sortie qui laissent passer les électrons un par un : il s'agit d'un îlot métallique séparé des électrodes source et drain (le déversoir en quelque sorte) par deux barrières tunnel. Un portail relié à l'îlot est chargé de régler la tension du système dans son ensemble. Le contrôle exercé sur la tension au niveau du portail régularise le nombre d'électrons qui "montent" et qui "descendent" de l'îlot un par un. Une des difficultés de mise en oeuvre de ce dispositif réside dans le fait que la chaleur ambiante communique aux électrons de l'énergie qui les aide à franchir les barrières tunnel ; cependant, si on souhaite utiliser les transistors SET dans des circuits réalistes, ils doivent pouvoir fonctionner à température ambiante. Ceci devient possible si la taille de l'îlot est suffisamment petite (moins de 10 nanomètres). Certaines approches se concentrent sur des nanotubes de carbone mais des chercheurs du laboratoire Cavendish de Cambridge, en collaboration avec des collègues japonais, ont choisi de s'intéresser à des couches minces de silicium amorphe contenant des grains nanocristallins de silicium. Dans ce cas, les grains constituent les îlots et les joints de grain jouent le rôle de barrières tunnel nécessaires au confinement des électrons dans l'îlot. En 2001, l'équipe avait fait fonctionner des dispositifs à une température de 60 Kelvin mais l'énergie potentielle des barrières n'était que de 40 meV, bien trop faible pour permettre un fonctionnement à température ambiante. Mais voici que l'équipe annonce avoir fabriqué des SET, fonctionnant à température ambiante, dans des couches minces de silicium nanocristallin de 20 nm d'épaisseur. Ces couches contiennent des grains de 4 à 8 nm incorporés dans une matrice de silicium amorphe. En oxydant sélectivement les joints de grain (par une oxydation à basse température et un recuit à l'argon à haute température), les chercheurs sont parvenus à construire des barrières tunnel dont l'énergie potentielle est plus élevée (173 meV). Ils ont ainsi formé un système " naturel " de barrières tunnel composé de membranes d'oxyde de silicium encapsulant des grains de taille inférieure à 10 nm, donc suffisamment petits pour observer des effets de charge d'un électron unique à la température ambiante (300 K). Selon les scientifiques, les procédés de croissance du matériau et de fabrication du système sont compatibles avec la technologie du silicium, un avantage considérable par rapport aux autres technologies mises en þuvre pour fabriquer des SET. Toujours selon eux, cette compatibilité ouvre la possibilité de systèmes nanoélectroniques intégrés de grande taille." - Sources : The Institute of Physics, PhysicsWeb, 24/06/03, physicsweb.org; Journal of Applied Physics, 94, 633-637;
http://www.phy.cam.ac.uk/research/research/#merc;
http://www.eurekalert.org/pub_releases/translations/aaas-frnts062801.html
Source en ligne : BE Royaume-Uni (no 37, 7 juillet 2003) - Ambassade de France au Royaume-Uni / ADIT http://www.adit.fr - Abonnement gratuit par courriel : subscribe.be.royaumeuni@adit.fr ou http://www.bulletins-electroniques.com