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IBM travaille sur des transistors fonctionnant au-delà du térahertz

Industrie et  Technologies
Première étape, les chercheurs de Big Blue ont développé ce qu'ils considèrent comme le transistor à effet de champ (FET) en graphène le plus rapide du monde à 26 GHz.


Les chercheurs du Thomas J. Watson Research Center d'IBM (Yorktown Heights, USA) estiment que la grande mobilité des électrons du carbone dans le graphène (l'une des formes du carbone où les atomes sont rangés en feuilles) pourrait propulser ce matériau au-delà des capacités électroniques du silicium, dans une gamme de vitesses de l'ordre du térahertz. Aujourd'hui, les circuits intégrés en silicium se limitent à une vitesse d'environ 5 gigahertz.

« Nous avons mesuré la vitesse la plus rapide pour tout transistor en graphène à ce jour, 26 gigahertz, avec une grille de 150 nanomètres de longueur », constate Phaedon Avouris, IBM Fellow et directeur de Nanometer Scale Science & Technology. « Nous pensons que des transistors fonctionnant à des vitesses à l'échelle du térahertz pourraient être réalisables en graphène en réduisant encore la grille à des longueurs d'environ 50 nanomètres ».

Le graphène est composé du même matériau de base que les nanotubes de carbone. Il se présente sous la forme d'un treillis d'atomes de carbone. Toutefois, au lieu de plier le treillis en tubes nanométriques, difficiles à fabriquer, le transistor en graphène est réalisé en déposant des atomes de carbone comme un film mince qui peut être modelé avec les outils de lithographie courants dans la fabrication des circuits intégrés.

IBM a fabriqué ses transistors à grille en graphène sur des tranches en silicium sur isolant. Ces transistors ont été ensuite caractérisés en fonctionnement à haute fréquence à différentes tensions et longueurs de grille. Les résultats montrent que les gains traditionnels suivent une courbe de réponse en baisse quand la fréquence augmente.

Le pic de fréquence de coupure mesuré est inversement proportionnel au carré de la longueur de la grille, avec 26 GHz pour 150 nanomètres, la fréquence la plus élevée atteinte à ce stade.

Ces recherches sont parrainées par les militaires de la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) dans le cadre de son programme d'électronique en carbone pour les applications de radiocommunications à ondes millimétriques. L'un des objectifs est de démontrer la possibilité de réaliser des amplificateurs à faible bruit fonctionnant à 100 GHz et plus.

Les chercheurs d'IBM poursuivent leurs travaux en vue d'améliorer les matériaux diélectriques de la grille et de démontrer la possibilité de réaliser des circuits radiofréquences fonctionnant dans la gamme du térahertz.

Ridha Loukil

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