Semi-conducteurs : transistor quantique TFET, le futur des puces ?

Un transistor d'un nouveau genre a été mis au point par le Penn State, l'US National Institute of Standards and Technology (NIST) et l'IQE, une société spécialisée dans la fabrication de wafers. Ils ont présenté le fruit de leurs travaux à l'International Electron Devices Meeting qui s'est tenu à Washington D.C. du 9 au 11 décembre.

Un véritable transistor quantique

Alors que la finesse de gravure diminue, le process CMOS se heurte de plein fouet à des limites physiques. Dans la mesure où l'épaisseur d'oxyde (diélectrique de type SiO2) sous la grille doit diminuer à chaque nouvelle longueur de grille, le courant de grille par effet tunnel augmente. Il varie même de manière exponentielle avec l'épaisseur de grille.

Or, c'est paradoxalement l'aspect quantique propre à l'effet tunnel qu'exploite ce nouveau transistor. Précisément, les chercheurs l'ont baptisé TFET pour « Tunnel Field Effect Transistor« .

Idéal pour le low voltage

Il a notamment pour particularité de pouvoir opérer à très faible tension d'alimentation alors qu'avec les process CMOS avancés, la tension d'alimentation ne baisse guère (on reste à 1 volt minimum). La puissance mise en jeu est alors automatiquement moindre et la chaleur dissipée également. Avec une telle caractéristique, il pourrait tout logiquement se destiner à des appareils fonctionnant sur batterie ou encore à des circuits qui seront implantés dans le corps humain.

C'est d'autant plus vrai qu'il est également capable d'opérer à très hautes fréquences. Il peut donc être utilisé dans des circuits de transmission mettant en ouvre des radio fréquences.

« Dans ce travail, nous sommes allés un peu plus loin et avons montré la capacité de le faire fonctionner à haute fréquence, ce qui est pratique pour les applications où la puissance est un aspect essentiel, telles que le traitement et la transmission d'informations à partir de dispositifs implantés dans le corps humain, » déclare Bijesh Rajamohanan, un étudiant diplômé à Pen State ayant participé aux travaux.

Un véritable trouble FET

C'est en jouant sur la composition du substrat que la barrière d'énergie a été réduite à une valeur proche de 0, ce qui permet de moduler le passage des électrons par effet tunnel.

En prenant la relève du transistor MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), le TFET permettrait à la miniaturisation des puces de se poursuivre dans la logique de la loi de Moore. Miniaturisation mais également baisse de la tension d'alimentation, un facteur clef pour que les futures puces consomment moins de puissance et dissipent moins de chaleur.

Alors que de plus en plus de circuits électroniques sont destinés à fonctionner dans des appareils alimentés par batterie, le TFET a donc de sérieux atouts.

L'article « Demonstration of InGaAs/GaAsSb Near Broken-gap Tunnel FET with Ion=740µA/µm, GM=700µS/µm and Gigahertz Switching Performance at VDS=0.5V » sera publié dans le cadre de la manifestation IEDM (International Electron Devices Meeting).

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