Scaling de transistor complémentaire à base de nanotubes de carbone à 5 nanomètres

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La réduction de la taille  des transistors électroniques guidée par la loi de Moore a été un pilier de l’industrie de la microélectronique. La longueur de la grille des transistors les plus performantes actuellement en commerce  approche la vingtaine  de nanomètres tandis que dans les laboratoires de recherche des solutions encore plus extrêmes sont à l’étude.

Les chercheurs estiment que pour les transistors tridimensionnels (3D) on ne pourra pas réduire la longueur de grille au-delà de 10 nm pour des raisons d’électrostatique. Les nanotubes de carbone, en raison de leur nature 1D, sont des candidats idéaux pour des composants nanométriques.  Qui et ses collaborateurs ont réalisé des transistors à nanotube de carbone (CNT) avec un grille de 10 et 5 nanomètres et ont comparé les performances de ces dispositifs avec celles des transistors commerciaux de Intel (node 14/22nm). Les transistors à base de CNT de 5 nm utilisent un matériau 2D (graphène) comme électrodes pour éviter l’écrantage de la grille. Les mesures montrent un fort courant dans l’état ON qui est obtenu à une faible tension de polarisation de 0.4 V et une pente sous le seuil de 60 dB/décade et 73 dB/décade (pour 10 et 5nm). Le point faible reste le courant dans l’état OFF, encore trop élevé. Ce courant élevé est lié à la difficulté à obtenir des contacts ohmiques pour des nanotubes à faible diamètre. La longueur de la grille, le retard intrinsèque de la grille ainsi que le produit énergie-retard de ces transistors à CNT sont proches de la limite théorique pour un interrupteur binaire. Les chercheurs démontrent aussi un inverseur CMOS avec un pitch de 240 nanomètres.

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schéma du transistor à CNT avec une grille de 5nm, les électrodes sont en graphène (gauche) ; caractéristique de transfert de 3 transistors pour une polarisation Vds=-0 .1V (droite). Extrait de Science 355, 271 (2017). Copyright AAAS 2017.