PolyU Développe un Transistor à Effet de Champ à Effet Tunnel Quantique pour Surmonter les Obstacles au Développement des Puces de Circuits Intégrés

HONG KONG SAR – Media OutReach Newswire – 31 août 2026 – La prochaine génération de microélectronique repose sur l'amélioration des performances de commutation des transistors pour faire progresser la puissance de calcul. Cependant, la technologie des semi-conducteurs conventionnelle a atteint la « limite de Boltzmann » physique, qui restreint l'efficacité énergétique des transistors traditionnels. Une équipe de recherche de l'Université polytechnique de Hong Kong (PolyU) a conçu un transistor à effet de champ à effet tunnel (TFET) innovant utilisant des nanomatériaux 2D. Cette percée peut offrir les bases d'un calcul économe en énergie et de puces d'IA de nouvelle génération.

La recherche a été dirigée par le professeur Jianhua HAO, directeur du département de physique et des matériaux et professeur titulaire de la chaire de physique des matériaux et des dispositifs à PolyU, en collaboration avec l'Université nationale de Singapour, l'Université des sciences et technologies de Hong Kong, l'Université de Pékin et l'Université de technologie et de design de Singapour. Les résultats ont été publiés dans la prestigieuse revue scientifique Science.

Les transistors conventionnels reposent sur l'émission thermoionique de charges électriques, ce qui nécessite une tension de grille minimale de 60 millivolts (mV). Cependant, la « limite de Boltzmann » rend physiquement impossible des valeurs de pente sous le seuil inférieures à 60 mV par décade à température ambiante, limitant ainsi les progrès de l'électronique haute performance.

Le professeur Hao a déclaré : « En adoptant l'effet tunnel quantique, notre TFET franchit cette barrière, ouvrant la voie à des circuits intégrés ultra-efficaces et hautes performances essentiels pour les puces d'IA émergentes et les applications avancées de semi-conducteurs. »

L'équipe du professeur Hao a créé une hétérostructure ultra-mince de couches alternées de bismuth 2D et de séléniure d'indium en utilisant le dépôt par impulsions laser. En contrôlant précisément la structure des couches, le bismuth normalement semi-métallique se transforme en semi-conducteur sous forme 2D, permettant aux porteurs de charge de traverser efficacement le séléniure d'indium par un mécanisme d'effet tunnel quantique.

Le TFET résultant a atteint des valeurs SS bien inférieures à la limite de 60 mV par décade. Fonctionnant à température ambiante sur des substrats de silicium, le dispositif nécessitait une plage de tension de grille de seulement 160 mV, bien inférieure aux 800 mV initialement requis.

Le dispositif a résolu un défi dans les TFET expérimentaux en fournissant un courant de sortie élevé avec un rapport de courant ON/OFF exceptionnellement élevé, ce qui aide à piloter plusieurs portes logiques en aval et à réduire les délais de circuit.

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