Un transistor 2D de labo commute sous 60 mV décade⁻¹

Dans un laboratoire de l’Université polytechnique de Hong Kong, des chercheurs ont empilé des couches ultrafines de bismuth et de séléniure d’indium pour faire fonctionner un transistor différemment des dispositifs en silicium qui dominent les circuits intégrés. Le transistor à effet de champ tunnel 2D obtenu a commuté à température ambiante avec une pente sous le seuil inférieure à 60 mV décade⁻¹, la limite à température ambiante qui contraint les MOSFET conventionnels.

Cette limite découle de la manière dont un transistor conventionnel déplace les charges électriques : celles-ci franchissent une barrière d’énergie, un processus appelé émission thermoïonique. Le dispositif de PolyU utilise au contraire l’effet tunnel quantique, qui permet aux charges de traverser la barrière. En contrôlant la structure nanométrique de couches alternées de bismuth et de séléniure d’indium, l’équipe a créé un alignement des bandes d’énergie destiné à rendre cet effet tunnel efficace. Sous sa forme bidimensionnelle, le bismuth devient un semi-conducteur au lieu de se comporter comme un semi-métal, selon les chercheurs.

Le dispositif fonctionnait avec une plage de tension de grille de 160 mV, très inférieure aux 800 mV requis par les MOSFET avancés cités dans l’étude. Sa pente sous le seuil est restée inférieure à la limite thermoïonique sur six ordres de grandeur de commutation du courant. Le transistor a également fourni jusqu’à plusieurs microampères par micromètre et un rapport de courant ON/OFF élevé — suffisamment de courant, selon l’équipe, pour piloter plusieurs portes logiques en aval et limiter le délai du circuit.

Les travaux étaient dirigés par le professeur Jianhua Hao et le docteur Zehan Wu, avec des chercheurs de l’Université nationale de Singapour, de l’Université des sciences et technologies de Hong Kong, de l’Université de Pékin et de l’Université de technologie et de design de Singapour. Le dispositif a été fabriqué sur des substrats de silicium standards à l’échelle du centimètre, et l’équipe a utilisé le dépôt laser pulsé pour démontrer une voie possible vers la production de matériaux 2D à l’échelle de la plaque.

Concrètement, ce résultat offre donc aux concepteurs de puces une architecture de transistor testée en laboratoire qui pourrait réduire la tension et l’énergie de commutation des futurs circuits intégrés, notamment du matériel spécialisé pour l’IA. Il ne montre pas encore un processeur produit en masse : la réussite rapportée est une expérience sur un dispositif, et la méthode de fabrication doit encore passer de la faisabilité démontrée à une production fiable de puces.