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Le premier circuit intégré en graphène

Ridha Loukil

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Le premier circuit intégré en graphène

Circuit intégré en graphène d'IBM

IBM parvient, pour la première fois au monde, à intégrer dans une même puce des transistors en graphène et des inductances pour réaliser une fonction mélangeur de fréquences.

Dans un article publié la semaine dernière dans le magazine Science, les chercheurs d'IBM ont annoncé le premier circuit intégré fabriqué à partir de graphène. Il s'agit d'un mélangeur de fréquences capable de fonctionner jusqu'à 10 GHz. De quoi ouvrir de nouvelles perspectives dans les applications sans fil, de la téléphonie mobile à l’imagerie médicale, en passant par la détection d’objets illicites dans les contrôles aux aéroports par exemple.

Le graphène est un matériau formé d'une seule couche d'atomes de carbone répartis dans une structure en nid d'abeille. Il possède d'excellentes propriétés électriques, optiques, mécaniques et thermiques qui pourraient rendre  les systèmes électroniques portables comme les Smartphones moins chers et plus sobres en énergie.

Malgré les progrès scientifiques dans la compréhension de ce matériau et la démonstration de dispositifs de hautes performances l’utilisant, la réalisation d’un circuit intégré à transistors en graphène constitue un défi, principalement en raison de la mauvaise adhérence de ce matériau avec des métaux et oxydes, ainsi que de l'absence de procédés de fabrication fiables et reproductibles.

Une fabrication difficile

Ce nouveau circuit intégré, constitué d'un transistor de graphène et d’une paire d'inductances intégrés de façon compacte sur un substrat en carbure de silicium (SiC), permet de surmonter ces obstacles, tant en conception qu’en production.

Dans cette démonstration, le graphène est synthétisé par recuit thermique des plaquettes de carbure de silicium pour former des couches de graphène uniforme à la surface du wafer. La fabrication de circuits en graphène comporte quatre couches de métal et deux couches d'oxyde pour les interconnexions entre le transistor et les inducteurs.

Le circuit fonctionne comme un mélangeur de fréquences à large bande, qui produit des signaux de sortie avec des fréquences mixtes (somme et différence) des signaux d'entrée. Il mélange les fréquence jusqu'à 10 GHz avec une stabilité thermique jusqu'à 125 ° C.

Auparavant, IBM avait démontré des transistors en graphène autonomes avec une fréquence de coupure jusqu'à 100 GHz et 155 GHz, pour une longueur de grille de 240 et 40 nm.

Ridha Loukil

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