Un nouveau type de transistor a été créé à partir d'un matériau nouveau pouvant être aussi mince qu'une ou deux couches atomiques, ce qui en fait un appareil essentiellement bidimensionnel. En raison de son extrême minceur, il dissipe moins de chaleur et exige moins de charge pour fonctionner qu'un appareil semiconducteur traditionnel
Tout sur les allotropes
Il est de notoriété publique que les diamants et le graphite que l'on retrouve dans le crayon ordinaire sont tous deux composés de l'élément carbone. La différence entre ces deux exemples repose sur la façon dont les atomes de carbone sont reliés les uns aux autres. Ces organisations moléculaires différentes sont appelées allotropes.
Le monde se familiarise rapidement avec le graphène, un allotrope de carbone qui peut exister en couches de seulement un atome d'épaisseur, et est par conséquent appelé un matériau (bidimensionnel) 2D. Le graphène est connu comme le matériau le plus solide de la science, ainsi que pour sa capacité surprenante à conduire l'électricité.
Le phosphore d'arsenic noir, ou phosphorène, est un autre matériau qui peut être structuré en feuilles d'une épaisseur équivalente à une seule couche atomique. Mais la différence ici est qu'en le dopant avec de l'arsenic, il peut fonctionner comme un semiconducteur.
Le fait de le doper modifie la bande interdite, qui est l'énergie nécessaire aux électrons pour passer de ce que nous appelons bande de valence vers la bande de conduction. Lorsque les électrons font ce déplacement, le matériau isolant devient un conducteur d'électricité.
Il s'agit de l'essence d'un semiconducteur. La bande interdite peut être ajustée en modifiant la concentration d'arsenic dans le matériau. Une nouvelle technique de création de ce matériau a été développée par Marianne Koepf à l'université technique de Munich et à l'université de Regensburg. Cette technique permet la fabrication du phosphorène sans la nécessité onéreuse et difficile d'une pression atmosphérique élevée. Le professeur Zhou et le Dr. Liu, membres du corps enseignant du département d'ingénierie électrique de l'université de Californie du Sud, ont accompli l'étape suivante, qui était de bâtir un vrai transistor à effet de champ à l'aide du nouveau matériau.
Le phosphorène possède la qualité supplémentaire d'être mécaniquement flexible, ce qui est une propriété extrêmement souhaitée dans les appareils semiconducteurs pour la nouvelle génération d'appareils portables en cours de développement. En modifiant la bande interdite, le phosphorène sera aussi très utile au développement des capteurs électroniques.
Limites et barrières
Alors que le graphène s'est avéré très délicat dans sa mouture plus mince, lorsqu'une version plus robuste de quelques couches atomiques d'épaisseur sera créée, la charge électrique pourra être conçue de façon à circuler dans une seule couche atomique. Ainsi, alors que seulement un peu d'espace est sacrifié, aucun courant supplémentaire n'est nécessaire, car, électriquement parlant, il s'agit toujours d'une seule couche atomique d'épaisseur.
Ce nouveau semiconducteur est toujours uniquement un appareil de laboratoire, et de nombreux défis de fabrication devront être surmontés avant qu'un appareil commercial puisse être fabriqué. Cependant, il semblerait qu'une limite de taille en-dessous de laquelle le transistor puisse rétrécir soit désormais presque atteinte, car rien ne peut être plus mince qu'une couche d'atomes.