La loi de Moore, qui dit que le nombre de transistors sur une puce d’ordinateur doublera tous les deux ans environ, a réussi à se maintenir pendant des décennies. Mais nous commençons à nous heurter aux limites physiques de la taille de ces composants. Aujourd’hui, des ingénieurs du MIT et de l’Université du Colorado ont mis au point une nouvelle technique de microfabrication et l’ont utilisée pour produire les plus petits transistors 3D jamais fabriqués, mesurant environ un tiers de la taille des principaux produits commerciaux actuels.
Il y a quelques années à peine, la norme industrielle pour les puces était de 14 nanomètres (nm), ce qui correspond à la largeur de chaque transistor. Commercialement, il est maintenant à 10 nm et passe rapidement à 7 nm, notamment dans le processeur A12 Bionic d’Apple, qui équipe les iPhone XR, XS et XS Max. IBM, quant à elle, a déjà commencé à expérimenter des puces de 5 nm.
Certains des nouveaux transistors mis au point par les chercheurs réduisent à nouveau de moitié cette taille, avec une largeur record de 2,5 nm. Pour les réaliser, l’équipe a modifié une méthode de microfabrication assez récente connue sous le nom de gravure thermique par couche atomique (Thermal ALE).
Ils commencent avec un matériau semi-conducteur en alliage baptisé arséniure d’indium et de gallium, puis l’exposent au fluorure d’hydrogène, qui crée une mince couche de fluorure métallique sur la surface du substrat.
Ensuite, l’équipe ajoute un composé organique appelé chlorure de diméthylaluminium (DMAC), qui déclenche une réaction chimique appelée échange de ligands. Les ions appelés ligands dans le DMAC se lient aux atomes de la couche de fluorure métallique, de sorte que lorsque le DMAC est éliminé, il élimine les atomes individuels de la surface métallique. A peine 0,2 nm est gravé à chaque fois, ce qui permet une gravure d’une précision incroyable lorsque le processus est répété des centaines de fois.
« On est en train d’éplucher un oignon, couche par couche « , assure Wenjie Lu, premier auteur de l’étude. « À chaque cycle, nous ne pouvons graver que 2% d’un nanomètre d’un matériau. Cela nous donne une très grande précision et un contrôle minutieux du processus. »
Les chercheurs ont utilisé cette technique pour fabriquer les FinFETs (Fin Field-effect transistors), les transistors 3D couramment utilisés en électronique commerciale. La plupart de ces transistors mesuraient moins de 5 nm de large, les plus petits ne mesurant que 2,5 nm.
De plus, l’équipe a constaté que leur rendement était jusqu’à 60 % supérieur à celui des FinFET existants et qu’ils avaient un contraste on-off plus élevé, ce qui les rendait plus éconergétiques. Ces deux statistiques sont dues à la méthode de fabrication, qui réduit le nombre de défauts introduits.
« Nous croyons que ce travail aura un grand impact dans le monde réel « , précise Wenjie Lu. « Comme la loi de Moore continue de réduire la taille des transistors, il est plus difficile de fabriquer de tels dispositifs à l’échelle nanométrique. Pour fabriquer des transistors plus petits, nous devons être capables de manipuler les matériaux avec une précision atomique. »
news.mit.edu/2018/smallest-3-d-transistor-1207
