Thomas Scherer

Capacité négative = FET plus sobre

8 janvier 2018, 12:14
a) Nouvelle structure de FET.
b) Image au microscope électronique en transmission de la nouvelle structure du transistor.
c) Cartographie détaillée en spectrométrie X à dispersion d’énergie.

Image reproduite avec l’aimable autorisation de l’université Purdue - Photo/Mengwei Si
a) Nouvelle structure de FET.
b) Image au microscope électronique en transmission de la nouvelle structure du transistor.
c) Cartographie détaillée en spectrométrie X à dispersion d’énergie.

Image reproduite avec l’aimable autorisation de l’université Purdue - Photo/Mengwei Si
Les chercheurs de l'université Purdue ont réussi à  démontrer expérimentalement comment un effet baptisé « capacité négative » permettait d'améliorer le rendement énergétique d'un nouveau type de transistor. Ce succès démontre une théorie proposée en 2008 par une équipe de l'université Purdue.

Les chercheurs ont utilisé une couche 2D semiconductrice extrêmement mince, constituée de disulfure de molybdène, pour créer un canal à proximité de la grille du FET. Ils ont ensuite construit un « condensateur négatif » dans la grille en utilisant un matériau ferroélectrique constitué d’oxyde de hafnium-zirconium.

La capacité de stocker une charge électrique est généralement positive. En installant des matériaux ferroélectriques dans la structure de la grille d'un FET, il est possible d'obtenir une capacité négative, ce qui permet de réduire considérablement l'énergie nécessaire pour commuter le transistor. L'oxyde de hafnium est déjà utilisé dans les transistors à effet de champ modernes comme matériau diélectrique pour isoler la grille. Ce nouveau transistor à effet de champ se contente de remplacer l'oxyde de hafnium par de l'oxyde de hafnium–zirconium.

Les transistors à effet de champ sont couramment employés comme éléments de commutation rapide dans les circuits numériques. Ils constituent les éléments de base essentiels du traitement des données dans la plupart des systèmes informatiques. Il est donc crucial qu’après commutation, un transistor à effet de champ possède un courant de fuite le plus faible possible. Les transistors MOSFET classiques nécessitent généralement une tension de grille additionnelle de 60 mV pour chaque multiplication par 10 du courant de drain, valeur baptisée limite thermionique. En revanche, les FET à capacité négative ne sont pas nécessairement soumis à cette limite fondamentale et leur commutation survient à une valeur de tension bien plus faible, réduisant ainsi la consommation d'énergie.

 
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