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Les challengers du silicium

Longtemps indétrônable, le silicium a désormais des concurrents. Matériaux organiques et oxydes métalliques se côtoient et se combinent pour le remplacer, voire le surpasser en répondant aux exigences de composants électroniques plus performants. Reste à trouver les procédés de production compatibles avec les chaînes de fabrication existantes.

La loi de Moore, qui prédit le doublement, à surface équivalente, du nombre de transistors tous les deux ans grâce à la miniaturisation, finira-t-elle par s'essouffler ? C'est la question qui préoccupe aujourd'hui tous les fondeurs de la microélectronique. Si les prédictions de Gordon Moore ne sont pas remises en cause sur le plan théorique, il en va déjà autrement en pratique. Il a ainsi fallu quinze ans de recherche à Intel pour passer du concept de processeur gravé en 22 nanomètres à la réalité. Avec, parmi les ruptures technologiques imposées par la miniaturisation, la présence d'un matériau autre que le silicium dans les transistors, de l'oxyde d'hafnium.

« L'oxyde d'hafnium comme isolant entre la grille et le canal du transistor assure un niveau de fuite de cent à mille fois moins élevé que l'oxyde de silicium », souligne Simon Deleonibus, directeur scientifique du CEA-Leti.

Le graphène, tête de pont de l'électronique organique

Au-delà de la poursuite de la miniaturisation, recourir à d'autres matériaux que l'éternel semi-conducteur pour en surpasser les capacités peut s'avérer pertinent pour certains secteurs de pointe. À l'instar des smart grids, qui nécessitent le développement de composants de haute puissance comme les transistors des futurs convertisseurs de courant alternatif. Autre exemple : les télécommunications, avec l'essor des réseaux en fibres optiques, ou encore l'informatique, toujours à la recherche de performances accrues.

Une des voies poursuivies pour supplanter le silicium est celle des matériaux organiques. Leur intérêt réside dans une malléabilité très supérieure à celle des métaux dans la fabrication ou la combinaison à d'autres molécules. Champion incontesté dans cette catégorie : le graphène. Pas un jour ne se passe sans une nouvelle annonce d'un dispositif électronique à base du prolifique matériau constitué d'un atome de carbone d'épaisseur, étalé sur un plan bidimensionnel : électrodes, dissipateurs thermiques, composants de mémoire...

Ses propriétés conductrices sont en effet exceptionnelles, du fait de la grande mobilité de ses électrons, jusqu'à 100 fois supérieure à celle du silicium à température ambiante. Une supériorité qui constitue paradoxalement le principal frein à son utilisation dans l'industrie du semi-conducteur : la conductivité du graphène pur est impossible à annuler, ce qui pose problème pour la conception de transistors conventionnels, que l'on peut voir comme de simples interrupteurs.

Les chercheurs ont déjà identifié plusieurs parades à cet obstacle. Samsung, par exemple, se concentre sur un nouveau design appelé Barristor, qui combine une couche de graphène avec une électrode en[…]

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