N° 268 - Portail de la Recherche et des Technologies en Wallonie

«gap», est moindre que dans le cas d’un
isolant - voir schéma) et occupent la
bande de conduction. Bien entendu,
ce faisant, ils laissent des manques, des
trous (en nombre p = n) dans la bande de
valence. Mais ce nombre n est très petit.
Ces électrons sont donc très sensibles
aux variations extérieures. C’est pourquoi
on dope les semi-conducteurs purs
par des impuretés. Ainsi, on dope par
exemple le germanium ou le silicium
en y introduisant des atomes d’arsenic.
Ce type de semi-conducteur est alors
appelé de type n (on a ajouté des atomes
dont des électrons peuvent facilement
«sauter» dans la bande de conduction).
Si au contraire, on ajoute des atomes
(par exemple de bore) dont une liaison
est pendante, qui peuvent attirer des
électrons de valence, on va créer des trous
dans la bande de valence. Logiquement,
on a appelé ces semi-conducteurs des
semi-conducteurs de type p.
Et un transistor n’est rien d’autre qu’un
assemblage de semi-conducteurs de ces
types: soit une structure n-p-n (un semiconducteur
de type p en sandwich entre
deux semi-conducteurs de type n) soit,
p-n-p.
Loi de Moore
En théorie, tout cela est bel et bien.
Mais en pratique, il faut réaliser
physiquement de tels dispositifs. Et c’est
ici qu’intervient une des plus curieuses
lois, non de la physique, mais de la
technologie (sa validité dépend en effet
des performances technologiques de
l’être humain), celle de Moore. Celui-ci
a observé, dès 1964, que le nombre de
transistors pouvant être intégrés dans
une puce électronique double tous les
18 mois. Autrement dit, la technologie
parvient à miniaturiser les semiconducteurs
- et à en accroître
les performances - au point de
respecter cette loi, jamais démentie
jusqu’à aujourd’hui. Mais on sait qu’on
va bientôt en atteindre la limite, lorsqu’il
ne sera plus physiquement possible
de réduire la taille des transistors
(on n’arrivera plus à les graver sur le
silicium).
Pour reculer ce moment, les chercheurs
ont tout d’abord placé beaucoup d’espoir
dans le graphène, matériau composé de
feuillets d’atomes de carbone disposés
en structure hexagonale. Chaque feuille,
épaisse d’un atome, peut par exemple
être roulée sur elle-même comme
du papier à cigarette, formant ainsi
un nanotube de carbone, très utilisé
aujourd’hui en nanotechnologies. En
2008, des physiciens de l’Université de
Manchester avaient d’ailleurs réussi à
graver un transistor sur du graphène
et non plus sur du silicium. Le voici
donc déjà détrôné par la molybdénite,
un minéral qu’on trouve en grande
quantité. Le molybdène qu’on en extrait
est surtout connu aujourd’hui pour
former, avec l’acier, un alliage qui rend
ce dernier plus résistant à la chaleur (les
mèches de votre foreuses contiennent
sans doute du molybdène !). Les
chercheurs suisses, dans un article paru
dans Nature Nanotechnology (1), ont
montré qu’il était possible de réaliser un
semi-conducteur à base de MoS 2 . Dans
un feuillet de cette matière, épais de
0,65 nanomètre, les électrons semblent
se déplacer aussi facilement que dans
une couche de silicium de 2 nanomètres
d’épaisseur. Un gain d’un facteur 3, c’est
une avancée énorme. D’autant que ce
genre de transistor se révèlerait aussi
moins gourmand en énergie, bien moins
cher et plus facile à fabriquer que ceux à
base de graphène !
Henri DUPUIS · PHYSIQUE
Cristal de Molybdène pur
d’environ 20 grammes
et molécule de graphène
(1) «Single-layer
MoS 2 transistors,
B. Radisavljevic et al.
Nature Nanotechnology
(2011) doi:10.1038/
nnano.2010.279.
Représentation d’un transistor
formé d’une couche de MoS 2
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