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La mémoire Flash sera-t-elle un jour remplacée par le graphène ?
27 novembre 2008, 22 h 01 min
Filed under: science, Tech | Mots-clefs: , , , , ,

Par Jean-Luc Goudet

Un prototype de mémoire permanente réalisé en graphène, ce matériau tiré du graphite et apparenté aux nanotubes de carbone, a montré de prometteurs avantages. Cinq fois plus dense que l’actuelle mémoire Flash, il se révèle solide à l’usage et résistant à la température comme aux rayonnements électromagnétiques.

Depuis des années, l’industrie de l’électronique s’intéresse au graphène, cette couche monoatomique de carbone, bidimensionnelle donc, que l’on peut réaliser à partir du graphite. Cette structure est similaire à celle des nanotubes de carbone, constitués d’un feuillet monoatomique refermé sur lui-même.

Les propriétés conductrices du graphène ont été mises en évidence et la possibilité de maîtriser sa résistance en fait un matériau possible pour réaliser un transistor. En clair, il pourrait remplacer le silicium. Son avantage est une compacité bien plus grande. Alors que les circuits classiques, à force de miniaturisation, finiront par buter sur des limites physiques, nanotubes de carbone et graphène permettent d’aller un cran plus loin grâce à une surprenante stabilité à l’échelle atomique qui, au moment de sa découverte, a donné du fil à retordre aux théoriciens.

Après les premiers travaux sur le graphène en 2004, les électroniciens n’ont pas été longs à s’emparer de ce matériau et à découvrir qu’il peut notamment faire un bon semi-conducteur et même se substituer au cuivre pour conduire le courant entre circuits…

Voilà une nouvelle étape : la mémoire permanente, stockant l’information en dehors de toute alimentation électrique. Actuellement, c’est la mémoire Flash des clés USB et des cartes mémoire qui tient ce rôle. Dans la revue Nature Materials, trois chercheurs de l’université Rice (Etats-Unis), James Tour, Yubao Li et Alexander Sinitskii, annoncent faire mieux avec du graphène. Sur des feuilles de graphite épaisses de 5 à 10 nanomètres (et donc composées de plusieurs couches de graphène), ces physiciens ont obtenu des états bi-stables, autrement dit la possibilité de mémoriser un bit d’information.

Un feuillet monoatomique de graphène. Les atomes de carbone sont distribués sur un plan. © Jannik Meyer

Un feuillet monoatomique de graphène. Les atomes de carbone sont distribués sur un plan. © Jannik Meyer

Cinq fois mieux que le silicium

Chaque petite zone enregistrant cette information mesure 10 nanomètres, à comparer aux 45 nanomètres des bons circuits au silicium, et « pourrait être plus petite » affirment les chercheurs. Dans le prototype présenté, lecture et écriture sont réalisées au moyen d’un système nanoélectromécanique (non décrit), ne comportant que deux parties. Feuille de graphite et système de contrôle peuvent s’inscrire dans un même plan. Il est donc possible, soulignent les chercheurs, de superposer plusieurs feuillets pour multiplier la capacité sur une même surface.

L’équipe a testé son prototype dans différentes conditions. Il apparaît que les deux états, mémorisant donc un 0 ou un 1, sont très stables et facilement lisibles. Les charges électriques caractérisant l’un et d’autre diffèrent dans un rapport de un million. L’équipe a contrôlé son endurance, qui s’est révélée excellente. Le circuit a résisté à 20.000 cycles d’écriture et de lecture, alors que les mémoires Flash actuelles sont données pour environ la moitié.

Le prototype montre également une bonne tenue en température, fonctionnant de -75 à 200°C. Par ailleurs, cette mémoire au graphène chauffe très peu. Elle peut donc coexister sans inconvénients au plus près d’un processeur, même s’il chauffe beaucoup. Enfin, le stockage d’informations n’a pas été perturbé par une exposition à un champ électromagnétique, ce qui en fait un bon candidat pour des circuits soumis à des radiations, en milieu spatial par exemple.

Avec ces caractéristiques, une telle mémoire a de quoi intéresser l’industrie. James Tour travaillerait déjà à des procédés de fabrication en masse. Ce premier prototype a été construit par dépôt de vapeur, une technique qui permettrait, selon les chercheurs, une industrialisation possible. Mais au moment où cette équipe réfléchissait au moyen de fabriquer des feuillets de graphène de manière économique, Yang Yang et ses collègues de l’UCLA annonçait une méthode encore plus simple pour fabriquer du graphène à partir du graphite et utilisant de l’hydrazine.

Si ce verrou industriel de la fabrication de masse du graphène est bien levé, son utilisation dans l’électronique pourrait donc se généraliser rapidement au cours des prochaines années.

Source : futura-sciences

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