L’avenir des processeurs passera-t-il par le MoS2 ?

Le Laboratoire d’électronique et structures à l’échelle nanométrique (Lanes, acronyme anglais de Laboratory of Nanoscale Electronics and Structures) de L’EPFL (École polytechnique fédérale de Lausanne) a conçu une puce basée sur la molybdénite, une espèce minérale formée de sulfure de molybdène de formule MoS2. La substance est actuellement utilisée dans les lubrifiants pour moteurs, farts et comme agent de renforcement pour les plastiques.

La puce prototype mise au point intègre seulement six transistors et réalise des opérations logiques binaires de base. Mais au-delà de cette simplicité, elle démontre qu’il est possible d’utiliser le MsO2 pour réaliser un transistor MOS (metal–oxide–semiconductor, composant de base des circuits électroniques). Andras Kis, directeur du Lanes à l’EPFL, précise que l’intérêt s’est porté sur le MoS2 parce que le minéral est abondant dans la nature.

Le MsO2 permettra-t-il de poursuivre la Loi de Moore ?

Mais bien entendu, le MoS2 présente d’autres facettes intéressantes. En premier lieu, il devrait permettre de poursuivre la miniaturisation des puces. Andras Kis précise que « le principal avantage de MoS2, c’est qu’il nous permet de réduire la taille des transistors et donc de les miniaturiser davantage ».

Avec le MsO2, il est possible de réaliser des couches épaisses de seulement trois atomes, soit 0,65 nanomètre (nm). C’est trois fois moins que ce qui est réalisable actuellement avec le silicium (ie 2 nanomètres). A titre de comparaison, les futurs processeurs Ivy Bridge d’Intel seront gravés en 22 nm.

De surcroît, le MsO2 ne présente pas les problèmes d’oxydation inhérents aux fines couches de silicium. « La surface a tendance à s’oxyder – à se lier à l’oxygène et à l’hydrogène – ce qui tend à dégrader ses propriétés électriques lorsqu’on désire faire un film très mince. »

Des propriétés électriques intéressantes

Le MoS2 présente d’autres attraits et non des moindres. Sa solidité est comparable à celle de l’acier inoxydable mais paradoxalement il est aussi flexible dans une certaine mesure. « Si vous prenez une feuille de molybdénite vous pouvez l’étirer pour qu’il augmente sa longueur de 10% », indique le directeur du Lanes.

Et contrairement au graphène, le MsO2 permet de réaliser des transistors présentant un gain à température ambiante et il possède un « bandgap » qu’il faut créer artificiellement dans le cas du graphène. Les transistors MsO2 sont aussi plus efficaces. « Ils peuvent être activés et désactivés beaucoup plus rapidement, et peuvent être mis dans un mode veille plus complet », explique Andras Kis. Ils permettent donc de réduire la consommation électrique (elle est divisée par 100 000 lorsque le transistor est désactivé).

Reste des questions en suspens comme les fuites de courant par effet tunnel dans l’oxyde de grille que ne résout bien entendu pas l’utilisation de MsO2 pour le canal du MOS. En diminuant son épaisseur, les fuites ont tendance à augmenter. L’équipe de chercheurs du Lanes se tourne vers des voies empruntées avec le silicium, à savoir utiliser des grilles de MOS plus conductrices grâce à l’ajout de hafnium.

De belles perspectives qui n’aboutiront à une utilisation commerciale que d’ici 10 ou 20 ans. Pour l’heure, l’équipe d’Andras Kis cherche à augmenter la conductivité du minéral.