Une avancée majeure dans la technologie des transistors
Un design révolutionnaire à l’horizon
Des chercheurs chinois de l’Université de Pékin ont récemment fait une annonce qui pourrait bien bouleverser le domaine des microprocesseurs. S’ils parviennent à commercialiser leur innovation, cela pourrait changer radicalement la direction du développement des processeurs.
Leur équipe a conçu un transistor sans silicium basé sur un matériau bidimensionnel, le bismuth oxyséléniure.
L’architecture GAAFET en plein essor
L’innovation repose sur l’architecture gate-all-around (GAAFET), où la grille du transistor entoure complètement la source. Les designs FinFET traditionnels, qui dominent actuellement les processeurs à base de silicium, ne permettent qu’une couverture partielle de la grille. Cette structure enroulante améliore la zone de contact entre la grille et le canal, accroissant ainsi la performance en réduisant les fuites d’énergie et donnant un meilleur contrôle du courant.
La fin des puces au silicium ?
Dans un article publié dans Nature Materials, les chercheurs suggèrent que le nouveau GAAFET 2D pourrait rivaliser, voire surpasser, les transistors au silicium en termes de vitesse et d’efficacité énergétique.
Selon eux, leur transistor 2D atteint des vitesses 40 % plus rapides que les dernières puces 3nm d’Intel, tout en utilisant 10 % d’énergie en moins. Ces performances le placeraient devant les processeurs actuels de TSMC et Samsung.
Avantages et réalisations
La couverture partielle de la grille dans les conceptions traditionnelles limite le contrôle du courant et augmente la perte d’énergie. La nouvelle structure à grille complète répond à ces problèmes, entraînant un gain de tension élevé et une consommation ultra-faible. L’équipe a déjà construit de petites unités logiques en utilisant ce nouveau design.
« C’est le transistor le plus rapide et le plus efficace jamais conçu », a déclaré l’Université de Pékin. Ces affirmations sont étayées par des tests menés dans des conditions identiques à celles des principales puces commerciales.
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« Si l’innovation des puces à base de matériaux existants est considérée comme un ‘raccourci’, notre développement de transistors basés sur des matériaux 2D revient à ‘changer de voie’ », a expliqué le Professeur Peng Hailin, le scientifique principal du projet.
Des nouvelles perspectives pour l’industrie
Contrairement aux structures verticales des FinFETs, le nouveau design ressemble à des ponts entrelacés. Ce changement architectural pourrait surmonter les limites de miniaturisation des technologies au silicium, en particulier alors que l’industrie tend à descendre en-dessous du seuil de 3nm. Cela pourrait également bénéficier aux ordinateurs portables les plus rapides, qui nécessitent des puces si compactes.
L’équipe a développé deux nouveaux matériaux à base de bismuth : le Bi₂O₂Se en tant que semi-conducteur et le Bi₂SeO₅ comme diélectrique de grille.
Techniques et intégration
Ces matériaux présentent une faible énergie d’interface, réduisant les défauts et la dispersion des électrons.
« Cela permet aux électrons de circuler sans presque aucune résistance, comme l’eau dans un tuyau lisse », a déclaré Peng.
Les résultats de performance sont soutenus par des calculs de théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) et validés par des tests physiques utilisant une plateforme de fabrication de haute précision à PKU.
Les chercheurs affirment que ces transistors peuvent être fabriqués en utilisant l’infrastructure semi-conductrice actuelle, simplifiant ainsi leur intégration future.
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