Un premier circuit électronique en silicium et nanotubes de carbone

Des chercheurs de l’université de Stanford au cœur de la Silicon Valley sont parvenus à créer un circuit électronique hybride à partir de nanotubes de carbone. Alors que ce matériau n’est pas 100 % semi-conducteur, ils ont conçu une puce de silicium pouvant tolérer les imperfections de ces nanotubes.

C’est inéluctable, le silicium finira par atteindre ses limites physiques. La finesse de gravure atteint désormais les 20 nanomètres, mais Intel prévoit la production de puces dotées d’une finesse de gravure de 11 nm pour 2015. Ensuite, il sera très difficile de faire plus fin. C’est bien pour cette raison que le remplaçant du silicium est activement recherché depuis quelques années par l’industrie des semi-conducteurs.

Les regards sont tournés vers le graphène, et plus particulièrement vers les nanotubes de carbone, de petites feuilles de graphène enroulées. Ce matériau est dur comme l’acier tout en étant très léger, possède une conductivité 70 fois supérieure à celle du silicium, et est dix fois moins énergivore que ce dernier pour des performances équivalentes. Voilà quelques mois, IBM est parvenu à intégrer 10.000 transistors en nanotubes de carbone d’une finesse de 9 nm sur un seul circuit fonctionnel. C’était déjà une véritable prouesse, et il semblait très difficile d’aller plus loin, car il y a un hic de taille.

Les chercheurs éprouvent des difficultés à transformer ces nanotubes de carbone en véritables semi-conducteurs. Et pour cause : avec les meilleures méthodes de production, les nanotubes de carbone ne sont semi-conducteurs qu’à 70 %, car il reste toujours trop de métal et d’imperfections dans le matériau. De plus, physiquement, les nanotubes ressemblent à des spaghettis, ce qui empire le phénomène. C’est pourquoi des ténors comme IBM, s’ils considèrent les nanotubes de carbone comme une alternative intéressante au silicium, restent sur leur faim lorsqu’il s’agit de créer un circuit complexe.

Plutôt que d’essayer d’améliorer la pureté des nanotubes, des chercheurs de l’université de Stanford dirigés par les professeurs Philip Wong et Subhasish Mitra ont employé une approche plutôt surprenante. Les scientifiques ont décidé de composer avec les carences du graphène. Ils sont parvenus à créer un système associant à la fois une puce en silicium et des circuits complexes en nanotubes de carbone. Normalement, cet ensemble ne devrait pas pouvoir fonctionner correctement, en raison des imperfections des nanotubes. Et pourtant, la puce parvient à interpréter correctement le signal transmis par les nanotubes de carbone car elle tolère leurs erreurs.

Les chercheurs ont présenté un robot doté de leur technologie lors de l’International Solid-State Circuits Conference qui s’est tenue en février à San Francisco. Il est capable de serrer une main humaine lorsqu’elle se rapproche. Pour ce faire, le robot est doté d’une paume intégrant un capteur équivalent à ce que l’on peut trouver sur la plupart des écrans tactiles. Lorsqu’une main humaine s’en approche, il la détecte. La particularité de ce convertisseur analogique-numérique ? Il est constitué de 44 transistors à nanotubes de carbone, placés sur une tranche de silicium. C'est ce convertisseur qui envoie le signal à l’ordinateur pour que le robot puisse effectuer sa poignée de main. C’est la première fois qu’un circuit aussi complexe est fonctionnel.

Si l'équipe reste silencieuse sur la technologie employée pour que la puce tolère les défauts des nanotubes, Philip Wong est persuadé que la voie que ses chercheurs ont ouverte est la bonne. Il considère en effet qu’il ne sera jamais possible d’obtenir des nanotubes de carbone semi-conducteurs à 100 %, et qu'il faudra donc composer avec ses imperfections. Reste à savoir si les fondeurs vont abonder dans ce sens ou se tourner vers d'autres matériaux comme la molybdénite, ou encore l'amélioration de la semi-conductivité du graphène.