CheckMag | Les semi-conducteurs au graphène se rapprochent de la réalité

Pendant des décennies, le silicium a dominé l'industrie des semi-conducteurs, alimentant tout, des PC aux smartphones. Cependant, le silicium atteint ses limites, tant en termes de performances que d'évolutivité. C'est là qu'intervient le graphène, un matériau considéré comme l'enfant prodige de la science des matériaux. Avec sa conductivité et sa mobilité électronique inégalées, le graphène offre la possibilité alléchante de processeurs fonctionnant à des vitesses de l'ordre du térahertz, bien au-delà des puces en silicium limitées au gigahertz que nous utilisons aujourd'hui.

Quelle est la particularité du graphène ?

Le graphène est une couche unique d'atomes de carbone disposés selon un motif hexagonal, ce qui lui confère une résistance et des propriétés électriques incroyables. Contrairement au silicium, il permet aux électrons de circuler avec beaucoup moins de résistance, ce qui se traduit par un traitement plus rapide et plus efficace. Mais il y a un hic : le graphène n'a pas de bande interdite, la propriété critique qui permet aux semi-conducteurs de passer de l'état actif à l'état inactif. Sans cela, le graphène ne pouvait pas fonctionner comme un transistor traditionnel, jusqu'à aujourd'hui.

La percée

Les chercheurs ont enfin trouvé la solution. En liant le graphène au carbure de silicium et en le "dopant" avec des atomes donneurs d'électrons, ils ont créé un semi-conducteur fonctionnel à base de graphène. Ce processus, connu sous le nom de fabrication épitaxiale de graphène, introduit une bande interdite sans sacrifier les propriétés uniques du graphène.

Le résultat ? Des transistors qui sont non seulement dix fois plus rapides que leurs homologues en silicium, mais aussi largement compatibles avec les processus de fabrication existants. Cela signifie une transition en douceur des puces à base de silicium vers les puces à base de graphène, un facteur clé pour rendre cette technologie commercialement viable.

L'importance du graphène pour l'informatique

Le potentiel du graphène ne se limite pas à la vitesse brute des porteurs de charge. Voici comment il pourrait bouleverser l'industrie :

• CPU et GPU : Des transistors plus rapides signifient des processeurs plus puissants pour les ordinateurs portables et les PC de jeu, offrant la possibilité de simulations en temps réel, de rendus graphiques haut de gamme et de traitements avancés de l'intelligence artificielle, le tout fonctionnant de manière plus fluide et plus rapide que ce qui est actuellement possible.
• Informatique quantique : Les propriétés ondulatoires des électrons du graphène en font un candidat sérieux pour les applications d'informatique quantique. Ces effets quantiques pourraient permettre d'effectuer des calculs auxquels les systèmes actuels sont confrontés, tout en maintenant des températures plus basses et plus faciles à gérer.
• Centres de données et IA : les vitesses térahertz réduiraient considérablement la latence et amélioreraient le débit des charges de travail de l'IA, ainsi que le traitement des données dans les environnements à grande échelle.

Le chant du cygne du silicium ?

Même les leaders de l'industrie reconnaissent que le silicium approche de la fin de son règne. Le PDG de Nvidia, Jensen Huang, a déclaré de façon célèbre : "La loi de Moore est morte" Pour ceux qui ne la connaissent pas, la loi de Moore prévoyait le doublement des transistors sur une puce tous les deux ans, entraînant des améliorations exponentielles de la puissance de calcul. Toutefois, à mesure que les transistors rétrécissent, des problèmes tels que la production de chaleur et les vitesses de commutation ont considérablement ralenti les progrès.

Grâce à ses performances supérieures et à son évolutivité potentielle, le graphène pourrait être la clé de la résolution de ces problèmes. Ce faisant, il pourrait prolonger, voire remplacer, la trajectoire promise par la loi de Moore.

Le chemin à parcourir

Comme pour toute technologie en plein essor, il reste quelques problèmes à résoudre avant que le graphène ne prenne totalement les rênes. L'augmentation de la production et l'intégration des semi-conducteurs au graphène dans l'électronique grand public nécessiteront un investissement important et la poursuite de l'innovation dans ce domaine. La question se pose également de savoir si le graphène peut surpasser les autres technologies supraconductrices à venir dans le domaine de l'informatique quantique, où la concurrence est féroce.

Néanmoins, les signes sont prometteurs. Grâce à la compatibilité avec les techniques de fabrication existantes et aux recherches en cours sur les applications quantiques, les semi-conducteurs au graphène sont plus qu'une simple chimère : ils laissent entrevoir l'avenir de l'informatique.

Conclusion

Les semi-conducteurs à base de graphène ne résoudront peut-être pas tous les problèmes du silicium du jour au lendemain, mais ils représentent une avancée décisive. Qu'il s'agisse de suralimenter votre prochain ordinateur portable ou de libérer tout le potentiel de l'informatique quantique, cette percée a le potentiel de redéfinir ce qui est possible dans le domaine de la technologie.

L'avenir approche à grands pas, et il pourrait bien être alimenté par le graphène.