Les chercheurs de l'Université Purdue, West Lafayette (Indiana) ont annoncé des avancées dans un domaine qui paraissait impossible à atteindre : construire un comosant capable à la fois de traiter et de stocker l’information. Demain, un puce de type SoC pourrait intégrer les fonctions de traitement (avec des transistors) et des capacités de stockage (avec de la RAM ferroélectrique), créant potentiellement une combinaison processeur-mémoire qui permettrait d’accélérer le calcul. De plus, son épaisseur ne dépasserait pas celle d’un atome. 

Concentrer plus de fonctions sur une puce tout en augmentant la vitesse et la puissance, sans accroître l'encombrement, est l’un des objectifs fondamentaux des concepteurs de composants électroniques. Pour en arriver là, les ingénieurs de Purdue ont dû surmonter les incompatibilités entre transistors - les mécanismes de commutation et d'amplification utilisés dans presque toute l’électronique - et la mémoire vive ferroélectrique. La RAM ferroélectrique est une technologie de mémoire plus performante : le matériau introduit de la non-volatilité, ce qui signifie qu'il retient l'information en cas de perte de puissance, contrairement à la DRAM traditionnelle construite sur une couche diélectrique.

Une base exploitant le séléniure d’indium alpha 

Ces conflits entre matériaux empêchent depuis longtemps la conception de SoC intégrant des transistors et de la mémoire. « Voilà des décennies que les chercheurs essayent d'intégrer transistors et mémoire, mais des problèmes surviennent à l'interface entre le matériau ferroélectrique et le silicium, ce matériau semi-conducteur utilisé pour les transistors. « La RAM ferroélectrique se comporte comme une unité séparée sur la puce, ce qui limite sa capacité à rendre le calcul beaucoup plus efficace », ont expliqué les chercheurs de Purdue dans un communiqué. Une équipe d'ingénieurs de Purdue, dirigée par Peide Ye, a trouvé une solution : « Nous avons utilisé un semi-conducteur ayant des propriétés ferroélectriques. De cette façon, les deux matériaux ne font plus qu’un, et l’on n’a plus à se préoccuper des problèmes d'interface », a encore expliqué Peide Ye, lui-même professeur de génie électrique et d’informatique à l'université de l’Indiana. 

La solution trouvée par les ingénieurs de Purdue tourne autour d'un matériau appelé séléniure d’indium alpha. Ce dernier possède des propriétés ferroélectriques, mais sans la limitation du matériau ferroélectrique classique, lequel agit généralement comme isolant et ne permet pas le passage de l'électricité. Le séléniure d'indium alpha peut devenir un semi-conducteur, ce qui est nécessaire à l'élément transistor. C’est aussi un composant ferroélectrique stable à température ambiante, pouvant fonctionner à basse tension, ce qui est nécessaire pour la RAM ferroélectrique. « Le séléniure d'indium alpha a une énergie d’écart de bande plus petite que celle d’autres matériaux », a encore expliqué l'université. L’écart de bandes, ou bandes interdites, désigne l’espace dans lequel aucun électron ne peut exister. Cette bande interdite réduite, que l'on trouve de matière native dans le matériau, signifie que celui-ci n'est pas totalement isolant et qu'il n'est pas trop épais pour le passage du courant électrique - et il y a toujours une couche ferroélectrique. La bande interdite réduite « permet au matériau d'être semi-conducteur sans perdre ses propriétés ferroélectriques », selon les chercheurs de Purdue. « On obtient ainsi un transistor à effet de champ semi-conducteur ferroélectrique, construit de la même manière que les transistors utilisés actuellement dans les puces d'ordinateur ».